superbotanik.net

Реферат - Эволюция Вселенной - Астрономия

3.2 Альтернативная модель Александра Софьина. Эта гипотеза была опубликована им в 2002 году. Представим себе, что наше трехмерное пространство движется внутри четырехмерного пространства, четвертой осью которого является то, что мы воспринимаем как время (ось t), дополнительную к обычным x, y и z, которые образуют наше трехмерное пространство. Четырехмерное пространство пронизано нитями, закрученными в спирали различной степени закрученности. Эти нити замкнуты в кольца, имеют разные завихрения и являются изогнутыми в разных направлениях, не имеют самопересечений и не могут многократно пересекать пространство в локальной окрестности. Все замкнутые нити собраны как бы в клубок, четырехмерный шар, полностью заполненный этими кольцами. Все кольца проходят через верхний и нижний полюса этого четырехмерного шара как меридианы на глобусе. Где-то их плотность больше, где-то меньше, за счет этого в трехмерном пространстве есть разреженные области и области с большей плотностью материи. Наше пространство, двигаясь по оси времени t, пронизывается этими одномерными нитями в четырехмерном пространстве. Проекцией четырехмерного шара на трехмерное пространство будет трехмерный шар. Каждое вхождение этой нити в трехмерное пространство является материальной точкой трехмерного пространства с координатой x,y,z. По мере продвижения трехмерного пространства вдоль этих нитей, точки пересечения нитей с пространством перемещаются в трехмерном пространстве по координатам x,y,z. При этом скорость перемещения точки тем больше, чем меньше ее угол относительно трехмерного пространства. Нити вращаются вокруг своей оси с частотой, которая в физике называется спином. Этот спин передается материальной точке в месте пересечения нити и пространства. Нить может иметь правостороннее и левостороннее вращение (вектор спина). Однонаправленные нити притягиваются, разнонаправленные – отталкиваются. Нити взаимодействуют друг с другом в четырехмерном пространстве, и отражение этого взаимодействия мы и наблюдаем как развитие нашей вселенной, как круги на воде от брошенного камня. Или, другими словами, один миг нашего пространства, это срез четырехмерного шара трехмерным пространством. Следует так же предположить, что трехмерное пространство (эфир, физический вакуум) обладает свойством упругости, и способен распространять внутри себя волны, исходящие от нитей. Эти волны, в свою очередь влияют на другие нити, заставляя их колебаться, как леска от удочки колеблется на волнах пруда. Чем меньше угол нити к пространству, тем более сильное возмущение пространства она вызывает, как бы прогибая его.   Эту картину можно наглядно показать, если трехмерное пространство представить двухмерной плоскостью, параллельной плоскости x,y и перпендикулярной оси z, которую будем считать осью времени.   Если мы будем двигать плоскость S вдоль оси Z, то точки пересечения Pa и Pb прямых A и B с плоскостью S будут перемещаться, при чем точка Pa будет перемещаться быстрее, чем точка Pb, так как угол прямой A к плоскости S меньше, чем угол прямой B. Для полноты картины остается только представить, что линии A и B являются фрагментами замкнутых кривых и закручены в спирали. Плоскость S лучше всего представить себе сделанной из эластичного, как тонкая резина, материала.   На этом простом представлении и строится вся его картина мира. Частота вращения нитей вокруг своей оси будет спином элементарных частиц. Закрученная в спираль нить, проходя через пространство, порождает вращение материальной точки (не путать со спином), колебательные и волновые движения различной частоты в зависимости от степени закрутки нити. Комбинации нитей различной полярности (вектор спина), различной частоты и вектора закрутки спирали и различного угла наклона к трехмерному пространству порождают все многообразие элементарных частиц.   Каждая нить пересекает пространство, по крайней мере, дважды, так как она замкнута, при чем вектор спина получается противоположным в точках пересечения. Из этого можно сделать вывод, что у каждой элементарной частицы должна быть её античастица.  Интересно с точки зрения данной гипотезы посмотреть на эволюцию вселенной:  A, B, C, D, E – моменты времени продвижения трехмерного пространства (изображено горизонтальной линией) вдоль четырехмерного шара нитей.  A – трехмерное пространство еще не пересеклось с шаром, вселенная еще не существует; B - трехмерное пространство пересеклось с шаром, большой взрыв, вселенная начинает развиваться из точки; C - трехмерное пространство расширяется, при чем, чем дальше, тем медленнее. Чем ближе к точке зарождения, тем процессы идут быстрее в виду малых углов нитей к пространству ; D - трехмерное пространство сжимается; E – коллапс, вселенная сжимается в точку.   Можно предположить, что после коллапса начнется следующий этап развития, то есть верхний полюс четырехмерного шара смыкается с нижним полюсом другого четырехмерного шара, и, следовательно, мы имеем дело с последовательностью четырехмерных шаров, как бусинки в бусах. Эта модель соответствует древнеиндийским представлениям о цикличности существования вселенных. (Символ бесконечности – восьмерка). Возможно, что таких последовательностей шаров существует множество.   Электромагнитные взаимодействия, скорее всего, происходят между нитями в четырехмерном пространстве и определяются их формой и полярностью.   Сам четырехмерный клубок не является чем-то застывшим, но может изменять свою структуру, но только под воздействием из четырехмерного пространства, которое можно назвать пространством мысли или информационным полем. Человеческая мысль может в каких-то пределах выходить в это четвертое измерение и менять пространственную четырехмерную форму, тем самым, влияя на будущее, так как процесс мышления происходит именно в четырехмерном пространстве. Так же, выходя в четвертое измерение, возможно просматривание этих нитей и соответственно предсказание будущего, хотя только приблизительно, так как структуры нитей могут изменяться, чем дальше от точки настоящего времени, тем сильнее. При чем, как это ни парадоксально, прошлое так же может быть изменено, как часть структуры того же четырехмерного клубка, находящаяся ниже точки настоящего времени. Следовательно, если представить себе, что за нашим пространством движется другое трехмерное пространство, то оно будет проживать уже несколько другую жизнь, чем наша. Чем дальше в прошлое мы будем заглядывать, тем менее оно будет соответствовать тому прошлому, которое проживал наш мир. То есть, существует два способа движения по этим нитям. Первый – движение трехмерного пространства вдоль них, что мы воспринимаем как развитие вселенной. Второй – путешествие сознания вдоль этих нитей (вперед и назад), что мы воспринимаем как пророчества и видение прошлого. При чем, чем дальше по оси времени от нашего пространства, тем больше будет разница. Можно представить себе, что таких миров движется вдоль четырехмерного шара множество. И тогда мы приходим к идее параллельных миров (эта идея активно развивается Ричардом Бахом).    Тонкий, или астральный мир – это мир, состоящий из материальных точек, возникших от пересечения малоэнергетичных нитей с трехмерным пространством. Эти точки, в силу своей малой энергетичности, почти не взаимодействуют с более плотными материальными точками и, следовательно, тонкий мир существует внутри физического, и не видим физическим зрением. Существует тонкий мир в том же трехмерном пространстве, что и физический. При этом, возможно существование разных вложенных миров, с различной степенью плотности, являющихся прозрачными друг для друга.   В заключение можно отметить, что предложенная модель мира вызывает в памяти древний символ креста, в котором горизонтальная перекладина символизирует пространство или непроявленную материю, а вертикальная – силу, вызывающую к проявлению Литература: 1. «Знание сила» № 6 2002 год «Тёмная сторона Вселенной» № 1 2000 год «Вселенная расширяется всё быстрее» 2. http://www.asofin17.narod.ru/ Александр Софьин «Гипотеза строения мира» 24 июня 2002 год. 3. http://www.astroweb.ru/univers_/un01.htm Астрономия XXI века. 4. http://www.bolshe.ru/book/id=1214 «Строение и эволюция Вселенной» 5. Гурштейн В.С. «Извечные тайны неба» М: Наука 1989 г. 1 http://www.astroweb.ru/univers_/un01.htm 2 Знание- сила №6 2002 3 Знание – сила №1 2000

www.ronl.ru

Реферат - Эволюция Вселенной - Астрономия

План:

1.   Космологические модели Вселенной.

2.   Строение Вселенной: 2.1 Структура Вселенной. 2.2 Тёмная сторона Вселенной.

3.   Эволюция Вселенной: 3.1 Стандартная модель эволюцииВселенной.3.2 Альтернативная модель Александра Софьина.

1.  Космологическиемодели Вселенной.

  Поскольку гравитационныевзаимодействия являются доминирующими на мега-уровне организации материи,космологические модели Вселенной должны строится в соответствии с требованиямиТеории Относительности на основе реально наблюдаемых астрофизических явлений:

Конечное количество света,приходящего от звездного неба, заставляет отвергнуть классические представленияо бесконечном космическом пространстве, однородно заполненным звездами.Предпринимаемые в рамках классической концепции попытки построениякосмологических моделей с неоднородным распределением звезд в пространственаходятся в противоречии с астрономическими наблюдениями (неоднородность вконцентрации звезд наблюдаются только на «относительно малых»космических масштабах вплоть до межгалактических скоплений).

Эйнштейном была предложенамодель Вселенной, в которой локальные искривления пространства-временигравитирующими массами приводит к глобальному искривлению, делающему Вселеннуюзамкнутой по пространственным координатам. В этой цилиндрической моделиЭйнштейна временная координата не искривляется (время равномерно течет отпрошлого к будущему). Впоследствии цилиндрическая модель была усовершенствованаголландским астрофизиком Виллем де Ситтером, предположившим на основаниинаблюдаемого красного смещения, что время в удаленных частях Вселенной течетзамедленно (искривление по временной координате) — модель замкнутойгиперсферы… Обе эти стационарные модели Вселенной имеют два недостатка:необходимость предположить существование дополнительных взаимодействий,препятствующих сжатию Вселенной под действием гравитирующих масс, проблема«утилизации» света, испущенного звездами в предшествующие моментывремени в замкнутое пространство.

На сегодняшний день наиболеепопулярна предложенная Фридманом модель расширяющейся Вселенной (красноесмещение и конечная светимость неба объясняются эффектом Доплера, нет необходимостьво введении компенсирующих гравитацию взаимодействий), глобально искривленнойиз-за наличия гравитирующих масс. Обсуждаются ее две модификации:

В настоящее время предпочтениеотдается открытой модели, поскольку оценки средней плотности вещества воВселенной, сделанные на основе наблюдаемой концентрации звезд, показывают, чтогравитационные силы не способны остановить происходящее с наблюдаемой скоростьюразбегание. Оценки могут существенно измениться в пользу закрытой модели приналичии в космосе скрытых масс несветящегося вещества (например за счетненулевой массы покоя нейтрино).

Уравнения Общей ТеорииОтносительности оказались весьма «гибкими» и допускают наличиебольшого числа космологических моделей Вселенной и сценариев их временногоразвития.

2 Строение Вселенной.

2.1 Структура Вселенной.

Астрономические тела обладают тенденцией группироваться в системы. Звёздымогут образовывать пары, входить в состав звёздных скоплений или ассоциаций.Крупнейшими объединениями звёзд являются галактики. Но и они редко наблюдаютсяодиночными. Более 90% ярких галактик входят либо в небольшие группы, содержащиелишь несколько крупных членов (такова, например, Местная группа галактик), либов скопления, в которых их насчитываются многие тысячи. В окрестностях нашей Галактики, в пределах полутора мегапарсек от неё,расположены ещё около 40 галактик, которые образуют Местную группу. Лишьнекоторые из них можно считать нормальными галактиками. Это наша Галактика,туманность Андромеды, туманность Треугольника (все они спиральные), а такженесколько неправильных галактик. Светимость и размеры большинства остальныхзвёздных систем значительно меньше. По своей массе они столь же меньшенормальных галактик, как планеты — звёзд. Местная группа устойчива — гравитацияпрочно удерживает её членов. Галактики и их группы распределены в пространстве не равномерно, а образуютскопления, обычно неправильной формы. Есть и скопления правильной, сферическойформы, которые состоят из сотен и тысяч отдельных звёздных систем, сильноконцентрирующихся к центру. Такие скопления называют регулярными. В них многоэллиптических и линзовидных галактик и почти нет спиральных. В центре находитсяодна или несколько гигантских эллиптических галактик. Часто они обладаютсильным радиоизлучением, поэтому регулярные скопления нередко связаны с яркимирадиоисточниками. Одно из ближайших к нам регулярных скоплений расположено всозвездии Волосы Вероники. Оно находится на расстоянии 125 Мпк (примерно 400млн световых лет) от нас. Размеры таких скоплений очень велики — десяткимегапарсек. Даже при тех огромных расстояниях, которые отделяют их от нас, онивыглядят очень протяжёнными (скопление в Волосах Вероники, например, занимаетна небе область диаметром 12°). В иррегулярных (неправильных) скоплениях много спиральных систем. Но общее числогалактик в таких скоплениях значительно меньше по сравнению с регулярными.Вообще, чем больше членов содержит скопление, тем более правильную форму оноимеет. Примером иррегулярного скопления является ближайшее к нам крупноескопление галактик в созвездии Девы. Местная группа, в которую входит нашМлечный Путь, расположена примерно в 15 Мпк от него. Наивысшая плотность галактик наблюдается в центральных областях регулярныхскоплений. Расстояния между звёздными системами здесь сравнимы с ихсобственными размерами, и галактики часто сталкиваются. Конечно, столкновениегалактик не надо понимать в буквальном смысле, как некую катастрофу. Расстояниямежду звёздами огромны, и при столкновении двух галактик звёзды одной из них свободно проходят между звёздами другой, а длится это сотнимиллионов лет. Однако галактики активно влияют друг на друга силами гравитации,звёзды изменяют свои орбиты и как бы перемешиваются. В некоторых случаях этоприводит к разрушению или слиянию галактик. Именно в результате таких столкновений и слияний в центральных областяхрегулярных скоплений образуются гигантские эллиптические системы. Они«заглатывают» межгалактический газ и медленно проникающие в нихмелкие галактики. Пространство между галактиками заполнено газом, который разогрет до температурыболее 10 млн. кельвинов и излучает преимущественно в рентгеновском диапазоне.Концентрация его мала — в среднем один атом водорода на кубический дециметр, нообщий объём огромен, поэтому полная масса газа сопоставима с суммарной массойвсех галактик скопления. Охлаждаясь, газ может струями падать к центрускопления. Значительная часть межгалактического газа скоплений была выброшенамиллиарды лет назад из молодых тогда галактик, в которых шло бурноезвездообразование. Чтобы газ столь высокой температуры не покидал скопление, его должна удерживатьбольшая сила тяготения. Но если она достаточно велика, значит, велика и масса,её создающая, т. е. масса скопления. Оценки массы отдельных галактикпоказывают, что их суммарное гравитационное поле не может удержать такойгорячий газ. Поэтому необходимо предположить, что существует невидимая для настак называемая скрытая масса (см. статью «Что такое скрытая масса»).С той же проблемой учёные столкнулись и при объяснении устойчивости самихскоплений. Скорости движения галактик внутри них так высоки, что без присутствияскрытой массы они просто разлетелись бы в разные стороны. Скопления галактик, по-видимому, самые крупные устойчивые системы во Вселенной.Существуют и более протяжённые образования: цепочки из скоплений или гигантскиеплоские поля, усеянные галактиками и скоплениями (так называемые«стенки»). Но гравитация не удерживает эти системы, и они вместе совсей Вселенной медленно расширяются. Области повышенной концентрации галактик и их систем чередуются в пространствес обширными пустотами размерами в сотни миллионов световых лет, которые почтине содержат галактик. Такова крупномасштабная структура Вселенной. Её ячеистыйхарактер отражает картину распределения вещества во Вселенной более 10 млрд летназад, когда галактик ещё не существовало.[1]

2.2Тёмная сторона Вселенной.

Первые сомнения в том, что все видимое нами иесть космический мир, зародились, когда ученые измерили скорость вращенияспиральных галактик. По законам Кеплера, их центральная часть должна былавращаться быстрее периферийной. Это не подтвердилось. Очевидно, галактики былиокружены массивными, но невидимыми скоплениями материи.

В восьмидесятые годы во Вселенной были обнаружены обширные скоплениягалактик. Они тоже не вписывались в привычную теорию. Так, в 1989 году на небеСеверного полушария была открыта так называемая Великая стена — скоплениегалактик размерами 500 * 200 * 15 миллионов световых лет. Она напоминала полосупены, взбитую на небосводе, и содержала тысячи галактик. Подобные структурымогли возникнуть вскоре после Большого Взрыва лишь потому, что в космосегораздо больше материи, чем можем заметить мы. Иначе бы их не было и по сейдень!

По последним расчётам доля невидимой материи составляет 96 процентов! Человек,живущий в стандартной двухкомнатной квартире, легко поймет астрономов, еслипредставит себе, что все в его обители вдруг растворилось в воздухе, и лишькакой-то клочок, к примеру, любимый «обломовский» диван, он еще можетразглядеть.

Современные космологи, подобно античным философам, разделяют мир нанесколько разных стихий.

«Зевс лучезарный, и Аидоней, и живящая Гера, Также слезами текущая в смертных потоках Нестида», где Зевсом он называет огонь, Герой — землю,Аидонеем — воздух и Нестидою — воду. Так видел мироздание греческий философЭмпедокл (ок. 490 — 430 годов до новой эры). Эти стихии неизменны, несоздаваемы и не разрушаемы, писал он в своем трактате «О природе»(цитируется по книге Диогена Лаэртского «О жизни, учениях и изреченияхзнаменитых философов»). Они не могут превращаться одна в другую, а могут лишьмеханически смешиваться друг с другом.

То, влекомое Дружеством, сходится все воедино, То ненавистной Враждой вновь гонится врозь друг от друга.

Немецкие ученые Вольфганг Пристер и ДжеймсОвердуин даже соотнесли учение Эмпедокла с выводами современных космологов.

* Земля, «живящая Гера» — это барионнаяматерия (около 4 процентов) в самых разных ее проявлениях: от случайных атомовводорода, снующих в космическом пространстве, до сверхплотных нейтронных звезд.

* Воздух, «Аидоней» — это световоеизлучение (0,005 процента) и «горячая темная материя» (0,3 процента),состоящая в основном или исключительно из нейтрино.

* Вода, или «текущая в смертных потокахНестида» — это и есть пресловутая темная материя (около 30 процентов),давно занимающая умы ученых. Теперь ее называют «холодной темнойматерией». Очевидно, она состоит из не открытых пока элементарных частиц.Им уже подобраны звучные названия: «аксионы», «нейтралино»,WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, «слабо взаимодействующиетяжелые частицы»). «Как океан объемлет шар земной», так видимыймир кругом объят темной материей.

* Большая же часть космоса «охваченаОгнем». Здесь царит «Зевс лучезарный». Это — мир «темнойэнергии» (почти 66 процентов), открытой недавно косвенным путем. Общаямасса этого вида материи должна быть невероятно велика, но поскольку темнаяэнергия разлита по всему мирозданию, ее плотность, как показывают расчеты, непревышает четырех электрон-вольт на кубический миллиметр. Для сравнения: массапокоя одного электрона равна 511 тысяч электрон-вольт.

Еще в 1917 году, описывая Вселенную, АльбертЭйнштейн ввел в формулу «космологическую константу» — своего рода«антигравитацию». Она уравновешивала действие гравитационных сил, ноее существование удалось доказать лишь в 1998 году.Космологическая константа иполучила теперь наименование «темной энергии». Это определение дал ейв 1998 году Майкл Тернер, астрофизик из Чикагского университета. Вселенная восновном наполнена ей. Планеты, звезды, галактики — это редкие корабли ислучайные пловцы, затерянные посреди моря «темной энергии». ПоправляяЭмпедокла, скажем: в мире царит Зевс сумеречный.

Открыли эту самую великую и неприметную стихиюсразу двумя путями: наблюдая за отдаленными вспышками сверхновых звезд иисследуя космическое фоновое излучение.

Светимость сверхновых звезд определенного типавсегда одинакова. Лишь по мере удаления от них видимая яркость их ослабевает.Однако далекие сверхновые звезды светят слабее, чем требует теория. Этинаблюдения позволили сделать вывод, что Вселенная расширяется все быстрее, хотяу критиков остались возражения.[2]

В ту отдаленную эпоху Вселенная расширяласьмедленнее, чем теперь. Силы гравитации сдерживали бег видимой материи.«Судя по поведению сверхновых, наша Вселенная напоминает обычногоавтомобилиста: она то тормозит, увидев впереди красный свет, то залихватскимчится, заметив зеленый», — поясняет Рисс. Роль светофора поочередновыполняли гравитация и антигравитация. Около девяти миллиардов лет назадпоследняя — то бишь темная энергия — победила. С тех пор Вселенная расширяетсявсе быстрее. Впрочем, это исследование не позволило точно определить содержаниетемной энергии во Вселенной, хотя и стало ясно, что она преобладает надостальными формами материи.

Параллельно этой работе шли исследования фоновогокосмического излучения. Телескопы «Бумеранг» и «Максима»,установленные на аэростатах доказали, что Вселенная имеет плоскую форму.Телескоп DASI («Degree Angular Scale Interferometer»), размещенный вАнтарктиде сотрудниками Чикагского университета и Калифорнийскоготехнологического института, не только подтвердил плоскую форму Вселенной, но ипозволил в 2001 году оценить содержание в ней темной энергии.[3]

Итак, две трети мироздания состоят сейчас изтемной энергии. Вселенная словно охвачена огнем. Он медленно разгорался, нотеперь пылает вовсю. В его темном пламени крупицами пепла разлетаются звезды игалактики. Они летят все дальше, все дальше, отодвигая границы космоса.

3 ЭволюцияВселенной

3.1 Стандартная модель эволюции Вселенной.

Вселенная постоянно расширяется. Тот момент, с которогоВселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Тогда началась перваяи полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют  “большимвзрывом”.

Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс,когда то же самое  количество элементарных частиц и фотонов занимаютпостоянно возрастающий объём. Средняя плотность Вселенной в результате расширенияпостепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом Плотность Вселенной былабольше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности(примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой.Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько высокой, чтоплотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря, энергия всехфотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц,содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения “большоговзрыва” вся материя была сильно раскаленной  и густой смесью частиц,античастиц и высокоэнергичных γ-фотонов. Частицы при столкновении ссоответствующими античастицами аннигилировали, но  возникающие γ-фотонымоментально материализовались в частицы и античастицы.

 На начальном этапе расширения Вселенной изфотонов рождались частицы и античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, чтопривело к вымиранию частиц и античастиц. Согласно тому, как материализация врезультате понижающейся  температуры раскаленного веществаприостановилась. Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную,лептонную, фотонную и звездную.

а) Адронная эра. При очень высоких температурах и плотности в самом начале существованияВселенной материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннемэтапе состояло, прежде всего, из адронов, и поэтому ранняя эра эволюцииВселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали илептоны.

  К моменту, когда возраст Вселенной достигодной десятитысячной секунды (10-4с.), температура еепонизилась до 1012K, а энергия частиц и фотонов представлялалишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения самых легких адронов — пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли возникнуть.Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг 10-4с.,в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионыявляются не только самыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогдапосле этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной втакой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долюсекунды.

б)  Лептонная эра.Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 Мэв до 1Мэв в, веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой,чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино.Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению слептонами и фотонами встречаться гораздо реже.

  Лептонная эра начинается с распада последнихадронов — пионов — в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколькосекунд при температуре 1010K, когда энергия  фотоновуменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов и позитронов прекратилась.Во время этого этапа начинается независимое существование электронного имюонного нейтрино, которые мы называем  “реликтовыми”. Всё пространствоВселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонныхнейтрино. Возникает нейтринное море.

в)  Фотонная эра или эра излучения. Вселенной понизилась до 1010K, а энергияγ-фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов ипозитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствиематериализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Ноаннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давлениеизлучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной илептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотоновбыло в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составнойВселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству,но и по  энергии.

  После“большого  взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпохапреобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со временизавершения “большого взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. Посравнению с периодом “большим взрыва” её развитие представляется как будтослишком медленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры.Таким образом, эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, которыйокончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле,вглядываемся в стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрывсуперновой или гигантский взрыв галактики — ничтожные явления в сравнении сбольшим взрывом.

3.2Альтернативная модель Александра Софьина.

            Эта гипотеза былаопубликована им в 2002 году.

Представим себе, что наше трехмерноепространство движется внутри четырехмерного пространства, четвертой осьюкоторого является то, что мы воспринимаем как время (ось t),дополнительную к обычным x, y иz, которые образуют наше трехмерное пространство.Четырехмерное пространство пронизано нитями, закрученными в спирали различнойстепени закрученности. Эти нити замкнуты в кольца, имеют разные завихрения иявляются изогнутыми в разных направлениях, не имеют самопересечений и не могутмногократно пересекать пространство в локальной окрестности. Все замкнутые нитисобраны как бы в клубок, четырехмерный шар, полностью заполненный этимикольцами. Все кольца проходят через верхний и нижний полюса этогочетырехмерного шара как меридианы на глобусе. Где-то их плотность больше,где-то меньше, за счет этого в трехмерном пространстве есть разреженные областии области с большей плотностью материи. Наше пространство, двигаясь по осивремени t, пронизывается этими одномерными нитями вчетырехмерном пространстве. Проекцией четырехмерного шара на трехмерноепространство будет трехмерный шар. Каждое вхождение этой нити в трехмерноепространство является материальной точкой трехмерного пространства скоординатой x,y,z. По мере продвижения трехмерного пространства вдоль этих нитей,точки пересечения нитей с пространством перемещаются в трехмерном пространствепо координатам x,y,z. При этом скорость перемещения точки тем больше, чем меньшеее угол относительно трехмерного пространства. Нити вращаются вокруг своей осис частотой, которая в физике называется спином. Этот спин передаетсяматериальной точке в месте пересечения нити и пространства. Нить может иметьправостороннее и левостороннее вращение (вектор спина). Однонаправленные нитипритягиваются, разнонаправленные – отталкиваются. Нити взаимодействуют друг сдругом в четырехмерном пространстве, и отражение этого взаимодействия мы инаблюдаем как развитие нашей вселенной, как круги на воде от брошенного камня.Или, другими словами, один миг нашего пространства, это срез четырехмерногошара трехмерным пространством. Следует так же предположить, что трехмерноепространство (эфир, физический вакуум) обладает свойством упругости, и способенраспространять внутри себя волны, исходящие от нитей. Эти волны, в свою очередьвлияют на другие нити, заставляя их колебаться, как леска от удочки колеблетсяна волнах пруда. Чем меньше угол нити к пространству, тем более сильноевозмущение пространства она вызывает, как бы прогибая его.

Эту картину можно нагляднопоказать, если трехмерное пространство представить двухмерной плоскостью,параллельной плоскости x,y иперпендикулярной оси z, которую будем считать осьювремени.

/>

Если мы будем двигать плоскость S вдоль оси Z, то точки пересечения Pa и Pb прямых Aи B с плоскостью S будут перемещаться,при чем точка Pa будет перемещаться быстрее, чем точка Pb, так как угол прямой A к плоскостиS меньше, чем угол прямой B.Для полноты картины остается только представить, что линии Aи B являются фрагментами замкнутых кривых и закручены вспирали.  Плоскость S лучше всего представить себесделанной из эластичного, как тонкая резина, материала.

На этом простом представлении истроится вся его картина мира. Частота вращения нитей вокруг своей оси будетспином элементарных частиц. Закрученная в спираль нить, проходя черезпространство, порождает вращение материальной точки (не путать со спином),колебательные и волновые движения различной частоты в зависимости от степенизакрутки нити. Комбинации нитей различной полярности (вектор спина), различнойчастоты и вектора закрутки спирали и различного угла наклона к трехмерномупространству порождают все многообразие элементарных частиц.

Каждая нить пересекаетпространство, по крайней мере, дважды, так как она замкнута, при чем вектор спинаполучается противоположным в точках пересечения. Из этого можно сделать вывод,что у каждой элементарной частицы должна быть её античастица.

 Интересно с точки зренияданной гипотезы посмотреть на эволюцию вселенной:/>

A, B, C, D, E – моменты времени продвижения трехмерного пространства(изображено горизонтальной линией) вдоль четырехмерного шара нитей.

A –трехмерное пространство еще не пересеклось с шаром, вселенная еще несуществует;

B — трехмерное пространство пересеклось с шаром, большой взрыв, вселенная начинаетразвиваться из точки;

C — трехмерное пространство расширяется, при чем, чем дальше, тем медленнее. Чемближе к точке зарождения, тем процессы идут быстрее в виду малых углов нитей кпространству ;

D — трехмерное пространство сжимается;

E –коллапс, вселенная сжимается в точку.

Можно предположить, что послеколлапса начнется следующий этап развития, то есть верхний полюс четырехмерногошара смыкается с нижним полюсом другого четырехмерного шара, и, следовательно,мы имеем дело с последовательностью четырехмерных шаров, как бусинки в бусах.Эта модель соответствует древнеиндийским представлениям о цикличностисуществования вселенных.  (Символ бесконечности – восьмерка). Возможно, чтотаких последовательностей шаров существует множество.

Электромагнитные взаимодействия,скорее всего, происходят между нитями в четырехмерном пространстве иопределяются их формой и полярностью.

Сам четырехмерный клубок неявляется чем-то застывшим, но может изменять свою структуру, но только подвоздействием из четырехмерного пространства, которое можно назватьпространством мысли или информационным полем. Человеческая мысль может вкаких-то пределах выходить в это четвертое измерение и менять пространственнуючетырехмерную форму, тем самым, влияя на будущее, так как процесс мышленияпроисходит именно в четырехмерном пространстве. Так же, выходя в четвертоеизмерение, возможно просматривание этих нитей и соответственно предсказаниебудущего, хотя только приблизительно, так как структуры нитей могут изменяться,чем дальше от точки настоящего времени, тем сильнее. При чем, как это нипарадоксально, прошлое так же может быть изменено, как часть структуры того жечетырехмерного клубка, находящаяся ниже точки настоящего времени.Следовательно, если представить себе, что за нашим пространством движетсядругое трехмерное пространство, то оно будет проживать уже несколько другуюжизнь, чем наша. Чем дальше в прошлое мы будем заглядывать, тем менее оно будетсоответствовать тому прошлому, которое проживал наш мир. То есть, существуетдва способа движения по этим нитям. Первый – движение трехмерного пространствавдоль них, что мы воспринимаем как развитие вселенной. Второй – путешествиесознания вдоль этих нитей (вперед и назад), что мы воспринимаем как пророчестваи видение прошлого. При чем, чем дальше по оси времени от нашего пространства,тем больше будет разница. Можно представить себе, что таких миров движетсявдоль четырехмерного шара множество. И тогда мы приходим к идее параллельныхмиров (эта идея активно развивается Ричардом Бахом).

Тонкий, или астральный мир – этомир, состоящий из материальных точек, возникших от пересечения малоэнергетичныхнитей с трехмерным пространством. Эти точки, в силу своей малой энергетичности,почти не взаимодействуют с более плотными материальными точками и,следовательно, тонкий мир существует внутри физического, и не видим физическимзрением. Существует тонкий мир в том же трехмерном пространстве, что ифизический. При этом, возможно существование разных вложенных миров, сразличной степенью плотности, являющихся прозрачными друг для друга.

В заключение можно отметить, чтопредложенная модель мира вызывает в памяти древний символ креста, в которомгоризонтальная перекладина символизирует пространство или непроявленнуюматерию, а вертикальная – силу, вызывающую к проявлению

Литература:

1.   «Знание сила» № 6 2002 год  «Тёмная сторона Вселенной» № 1 2000 год «Вселенная расширяется всё быстрее»

2.   http://www.asofin17.narod.ru/ Александр Софьин «Гипотеза строения мира» 24 июня 2002 год.

3.   http://www.astroweb.ru/univers_/un01.htm Астрономия XXI века.

4.   http://www.bolshe.ru/book/id=1214  «Строение и эволюция Вселенной»

5.   Гурштейн В.С. «Извечные тайны неба» М: Наука 1989 г.

www.ronl.ru

Реферат Естествознание Эволюция Вселенной

works.tarefer.ru

Реферат - Эволюция Вселенной - Естествознание

Дисциплина «КСЕ»

Тема: «Эволюция Вселенной»

2004

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Историческое развитие представлений о Вселенной. 4

2. Начало Вселенной 6

3. Рождение сверхгалактик и скоплений галактик 11

4. Рождение галактик 12

5. Строение Галактик и Вселенной 15

Заключение 20

Список использованной литературЫ: 21

Мир, Земля, Космос, Вселенная…

Тысячелетиями пытливое человечество обращало свои взгляды на окружающий мир, стремилось постигнуть его, вырваться за пределы микромира в макромир.

Величественная картина небесного купола, усеянного мириадами звезд, с незапамятных звезд волновала ум и воображение ученых, поэтов, каждого живущего на Земле и зачарованного любующегося торжественной и чудной картиной.

Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое.

Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был на столько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь, друг с другом.

На протяжении десяти миллиардов лет после “большого взрыва” простейшее бесформенное вещество постепенно превращалось в атомы, молекулы, кристаллы, породы, планеты. Рождались звезды, системы, состоящие из огромного количества элементарных частиц с весьма простой организацией. На некоторых планетах могли возникнуть формы жизни.

Еще на заре цивилизации, когда пытливый человеческий ум обратился к заоблачным высотам, великие философы мыслили свое представление о Вселенной, как о чем-то бесконечном. Древнегреческий философ Анаксимандр (VI в. до н.э.) ввел представление о некой единой беспредельности, не обладавшей ни какими привычными наблюдениями, качествами, первооснове всего – апейроне.

Стихии мыслились сначала как полуматериальные, полубожественные, одухотворенные субстанции. Представление чистоматериальной основе всего сущего в древнегреческой основе достигли своей вершины в учении атомистов Левкиппа и Демокрита (V-IV в.в. до н.э.) о Всленной, состоящей из бескачественных атомов и пустоты.

Древнегреческим философам принадлежит ряд гениальных догадок об устройстве Вселенной. Анаксиандр высказал идею изолированности Земли, в пространстве. Эйлалай первым описал пифагорейскую систему мира, где Земля как и Солнце обращались вокруг некоего «гигантского огня». Шаррообразность Земли утверждал другой пифагорец Парменид (VI-V в.в. до н.э.) Гераклид Понтийский (V-IV в до н.э.) утверждал так же ее вращение вокруг своей оси и донес до греков еще более древнюю идею египтян о том, что само солнце может служить центром вращение некоторых планет (Венера, Меркурий).

Французский философ и ученый, физик, математик, физиолог Рене Декарт (1596-1650) создал теорию о эволюционной вихревой модели Вселенной на основе гелиоцентрализма. В своей модели он рассматривал небесные тела и их системы в их развитии. Для XVII в.в. его идея была необыкновенно смелой. По Декарту, все небесные тела образовывались в результате вихревых движений, происходивших в однородной в начале, мировой материи. Совершенно одинаковые материальные частицы находясь в непрерывном движении и взаимодействии, меняли свою форму и размеры, что привело к наблюдаемому нами богатому разнообразию природы.

Великий немецкий ученый, философ Иммануил Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной, обогатив картину ее ровной структуры и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновение такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях – начиная с планетной системных и кончая миром туманности.

Эйнштейн совершил радикальную научную революцию, введя свою теорию относительности. Специальная или частная теория относительности Эйнштейна явилась результатом обобщения механики Галилея и электродинамики Максвелла Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения близких к скорости света.

Впервые принципиально новые космогологические следствие общей теории относительности раскрыл выдающийся советский математик и физик – теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.). Выступив в 1922-24 гг. он раскритиковал выводы Эйнштейна о том, что Вселенная конечна и имеет форму четырехмерного цилиндра. Эйнштейн сделал свой вывод исходя из предположения о стационарности Вселенной, но Фридман показал необоснованность его исходного постулата.

Фридман привел две модели Вселенной. Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах.

В 1929 г. Хаббл открыл замечательную закономерность которая была названная «законом Хаббла» или «закон красного смещения»: линии галактик смещенных к красному концу, причем смещение тем больше, чем дальше находится галактика.

Вселенная постоянно расширяется. Тот момент, с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Первую эру в истории вселенной называют “большим взрывом” или английским термином Big Bang.

На самом раннем этапе, в первые мгновения “большого взрыва” вся материя была сильно раскаленной и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы.

Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объём. На начальном этапе расширения Вселенной из фотонов рождались частицы и античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, что привело к вымиранию частиц и античастиц. Поскольку аннигиляция может происходить при любой температуре, постоянно осуществляется процесс частица + античастица Þ 2 гамма-фотона при условии соприкосновения вещества с антивеществом. Процесс материализации гамма-фотон Þ частица + античастица мог протекать лишь при достаточно высокой температуре. Согласно тому, как материализация в результате понижающейсятемпературы раскаленного вещества приостановилась. Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную.

Адронная эра. При очень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселенной материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапе состояло из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны.

Процесс аннигиляции барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов (протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов — гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. Распад гиперонов происходил на этапе с 10-6 до 10-4 секунды.

К моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды (10-4 с.), температура ее понизилась до 1012 K, а энергия частиц и фотонов представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения самых легких адронов — пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг 10-4 с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.

Лептонная эра. Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 Мэв до 1 Мэв в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже.

Лептонная эра начинается с распада последних адронов — пионов — в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 1010 K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем “реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.

Фотонная эра или эра излучения. На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 1010 K, а энергия гамма фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии.

Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы. В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно “устают” со временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов (Er) падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em). Преобладание во вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие (то есть Er=Em). Кончается эра излучения и вместе с этим период “большого взрыва”. Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время.

Звездная эра. После “большого взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения “большого взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом “большим взрыва” её развитие представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры.

Во время эры излучения продолжалось стремительное расширение космической материи, состоящей из фотонов, среди которых встречались свободные протоны или электроны и крайне редко — альфа-частицы. В период эры излучения протоны и электроны в основном оставались без изменений, уменьшалась только их скорость. С фотонами дело обстояло намного сложнее. Хотя скорость их осталась прежней, в течение эры излучения гамма-фотоны постепенно превращались в фотоны рентгеновские, ультрафиолетовые и фотоны света. Вещество и фотоны к концу эры остыли уже настолько, что к каждому из протонов мог, присоединится один электрон. При этом происходило излучение одного ультрафиолетового фотона (или же нескольких фотонов света) и, таким образом, возник атом водорода. Это была первая система частиц во Вселенной.

С возникновением атомов водорода начинается звездная эра — эра частиц, точнее говоря, эра протонов и электронов.

Вселенная вступает в звездную эру в форме водородного газа с огромным количеством световых и ультрафиолетовых фотонов. Водородный газ расширялся в различных частях Вселенной с разной скоростью. Неодинаковой была также и его плотность. Он образовывал огромные сгустки, во много миллионов световых лет. Масса таких космических водородных сгустков была в сотни тысяч, а то и в миллионы раз больше, чем масса нашей теперешней Галактики. Расширение газа внутри сгустков шло медленнее, чем расширение разреженного водорода между самими сгущениями. Позднее из отдельных участков с помощью собственного притяжения образовались сверхгалактики и скопления галактик. Итак, крупнейшие структурные единицы Вселенной — сверхгалактики — являются результатом неравномерного распределения водорода, которое происходило на ранних этапах истории Вселенной.

Астрономические исследования показывают, что скорость вращения завихрения предопределила форму галактики, родившейся из этого вихря. Выражаясь научным языком, скорость осевого вращения определяет тип будущей галактики. Из медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики, в то время как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные галактики.

В результате силы тяготения очень медленно вращающийся вихрь сжимался в шар или несколько сплюнутый эллипсоид. Размеры такого правильного гигантского водородного облака были от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч световых лет. Нетрудно определить, какие из водородных атомов вошли в состав рождающейся эллиптической, точнее говоря эллипсоидальной галактики, а какие остались в космическом пространстве вне нее. Если энергия связи сил гравитации атома на периферии превышала его кинетическую энергию, атом становился составной частью галактики. Это условие называется критерием Джинса. С его помощью можно определить, в какой степени зависела масса и величина протогалактики от плотности и температуры водородного газа.

Протогалактика, которая вообще не вращалась, становилась родоначальницей шаровой галактики. Сплющенные эллиптические галактики рождались из медленно вращающихся протогалактик. Из-за недостаточной центробежной силы преобладала сила гравитационная. Протогалактика сжималась и плотность водорода в ней возрастала. Как только плотность достигала определенного уровня, начали выделятся и сжимается сгустки водорода. Рождались протозвезды, которые позже эволюционировали в звезды. Рождение всех звезд в шаровой или слегка приплюснутой галактике происходило почти одновременно. Этот процесс продолжался относительно недолго, примерно сто миллионов лет. Это значит, что в эллиптических галактиках все звезды приблизительно одинакового возраста, т.е. очень старые. В эллиптических галактиках весь водород был исчерпан сразу же в самом начале, примерно в первую сотую существования галактики. На протяжении последующих 99 сотых этого периода звезды уже не могли возникать. Таким образом, в эллиптических галактиках количество межзвездного вещества ничтожно.

Спиральные галактики, в том числе и наша, состоят из очень старой сферической составляющей ( в этом они похожи на эллиптические галактики) и из более молодой плоской составляющей, находящейся в спиральных рукавах. Между этими составляющими существует несколько переходных компонентов разного уровня сплюснутости, разного возраста и скорости вращения. Строение спиральных галактик, таким образом, сложнее и разнообразнее, чем строение эллиптических. Спиральные галактики кроме этого вращаются значительно быстрее, чем галактики эллиптические. Не следует забывать, что они образовались из быстро вращающихся вихрей сверхгалактики. Поэтому в создании спиральных галактик участвовали и гравитационная и центробежная силы.

Если бы из нашей галактики через сто миллионов лет после ее возникновения (это время формирования сферической составляющей) улетучился весь межзвездный водород, новые звезды не смогли бы рождаться, и наша галактика стала бы эллиптической.

Но межзвездный газ в те далекие времена не улетучился, и, таким образом гравитация и вращение могли продолжать строительство нашей и других спиральных галактик. На каждый атом межзвездного газа действовали две силы — гравитация, притягивающая его к центру галактики и центробежная сила, выталкивающая его по направлению от оси вращения. В конечном итоге газ сжимался по направлению к галактической плоскости. В настоящее время межзвездный газ сконцентрирован к галактической плоскости в весьма тонкий слой. Он сосредоточен прежде всего в спиральных рукавах и представляет собой плоскую или промежуточную составляющую, названную звездным населением второго типа.

На каждом этапе сплющивания межзвездного газа во все более утончающийся диск рождались звезды. Поэтому в нашей галактике можно найти, как старые, возникшие примерно десять миллиардов лет назад, так и звезды родившиеся недавно в спиральных рукавах, в так называемых ассоциациях и рассеянных скоплениях. Можно сказать, что чем более сплющена система, в которой родились звезды, тем они моложе.

Число звезд в галактике порядка 1012 (триллиона). Млечный путь, светлая серебристая полоса звезд опоясывает всё небо, составляя основную часть нашей Галактики. Млечный путь наиболее ярок в созвездии Стрельца, где находятся самые мощные облака звезд. Наименее ярок он в противоположной части неба. Из этого нетрудно вывести заключение, что солнечная система не находится в центре Галактики, который от нас виден в направлении созвездия Стрельца. Чем дальше от плоскости Млечного Пути, тем меньше там слабых звезд и тем менее далеко в этих направлениях тянется звездная система.

Наша Галактика занимает пространство, напоминающее линзу или чечевицу, если смотреть на нее сбоку. Размеры Галактики были намечены по расположению звезд, которые видны на больших расстояниях. Это цефиды и горячие гиганты. Диаметр Галактики примерно равен 3000 пк (Парсек (пк) – расстояние, с которым большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1”. 1 Парсек = 3,26 светового года = 206265 а.е. = 3*1013 км.) или 100000 световых лет (световой год – расстояние пройденное светом в течении года), но четкой границы у нее нет, потому что звездная плотность постепенно сходит на нет.

В центре галактики расположено ядро диаметром 1000-2000 пк – гигантское уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас на расстоянии почти 10000 пк (30000 световых лет) в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком скрыто плотной завесой облаков, что препятствует визуальным и фотографическим обычным наблюдениям этого интереснейшего объекта Галактики. В состав ядра входит много красных гигантов и короткопериодических цефид.

Звезды верхней части главной последовательности а особенно сверхгиганты и классические цефиды, составляют более молодые население. Оно располагается дальше от центра и образует сравнительно тонкий слой или диск. Среди звезд этого диска находится пылевая материя и облака газа. Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическую систему.

Масса нашей галактики оценивается сейчас разными способами, равна 2*1011 масс Солнца (масса Солнца равна 2*1030 кг.) причем 1/1000 ее заключена в межзвездном газе и пыли. Масса Галактики в Андромеде почти такова же, а масса Галактики в Треугольнике оценивается в 20 раз мменьше. Поперечник нашей галактики составляет 100000 световых лет. Путем кропотливой работы московский астрономом В.В. Кукарин в 1944 г. нашел указания на спиральную структуру галактики, причем оказалось, что мы живем между двумя спиральными ветвями, бедном звездами.

Существует два вида звездных скоплений: рассеянные и шаровые. Рассеянные скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и сверхгигантов со слабой концентрацией к центру.

Шаровые же скопления состоят из десятков или сотен звезд главной последовательности и красных гигантов. Иногда они содержат короткопериодические цефеиды. Размер рассеянных скоплений – несколько парсек. Пример их скопления Глады и Плеяды в созвездии Тельца. Размер шаровых скоплений с сильной концентрацией звезд к центру – десяток парсек. Известно более 100 шаровых и сотни рассеянных скоплений, но в Галактике последних должно быть десятки тысяч.

Кроме звезд в состав Галактики входит еще рассеянная материя, чрезвычайно рассеянное вещество, состоящее из межзвездного газа и пыли. Оно образует туманности. Туманности бывают диффузными (клочковатой формы и планетарными. Светлые они от того, что их освещают близлежащие звезды. Пример: газопылевая туманность в созвездии Ориона и темная пылевая туманность Конская голова.

Эллиптические галактики внешне невыразительные. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным круговым уменьшением яркости от центра к периферии. Ни каких дополнительных частей у них нет, потому что Эллиптические галактики состоят из второго типа звездного населения. Они построены из звезд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светлости. Отсутствуют бело-голубые сверхгиганты и гиганты, группировки которых можно наблюдать в виде ярких сгустков, придающих структурность системе, нет пылевой материи которая, в тех галактиках где она имеется, создаёт темные полосы, оттеняющие форму звездной системы.

Неправильная форма у галактики может быть, вследствие того, что она не успела принять правильной формы из-за малой плотности в ней материи или из-за молодого возраста. Есть и другая возможность: галактика может стать неправильной вследствие искажения формы в результате взаимодействия с другой галактикой.

Только 3 галактики можно наблюдать невооруженным глазом, Большое Магеланово облако, Малое Магеланово облако и туманность Андромеды. В таблицы приведены данные о десяти ярчайших галактиках неба. (БМО, ММО – Большое Магеланов облако и Малое Магеланово облако.).

Не вращающаяся звездная система по истечении некоторого срока должна принять форму шара. Такой вывод следует из теоретических исследований. Он подтверждается на примере шаровых скоплений, которые вращаются и имеют шарообразную форму.

Если же звездная система сплюснута, то это означает, что она вращается. Следовательно, должны вращаться и эллиптические галактики, за исключением тех, из них, которые шарообразны, не имеют сжатия. Вращение происходит вокруг оси, которая перпендикулярна главной плоскости симметрии. Галактика сжата вдоль оси своего вращения. Впервые вращение галактик обнаружил в 1914 г. американский астроном Слайфер.

Особый интерес представляют галактики с резко повышенной светимостью. Их принято называть радиогалактиками. Наиболее выдающаяся галактика Лебедьl. Это слабая двойная галактика с чрезвычайно тесно расположенными друг к другу компонентами, являющимися мощнейшим дискретным источником. Объекты подобные галактике Лебедьl безусловно очень редки в метагалактике, но Лебедьl не единственный объект подобного рода во Вселенной. Они должны находиться на громадном расстоянии друг от друга (более 200Мпс).

Поток проходящего от них радиоизлучения в виду большого расстояния слабее, чем от источника Лебедьl.

Несколько ярких галактик, входящих в каталог NGC, также отнести к разряду радиогалактик, потому что их радиоизлучение аналогично сильное хотя оно значительно уступает по энергии световому. Из этих галактик NGC 1273, NGC 5128, NGC 4782 и NGC 6186 являются двойными. Одиночные NGC 2623 и NGC 4486.

Звездоподобные источники радиоизлучения были названы квадрами. Сейчас их открыто более 1000. Блеск квадра не остается постоянным. Массы квадров достигают миллиона солнечных масс. Источник энергии квадров до сих пор не ясен. Есть предположения, что квадры – это исключительно активные ядра очень далеких галактик.

Наши дни с полным основанием называют золотым веком астрофизики — замечательные и чаще всего неожиданные открытия в мире звезд следуют сейчас одно за другим. Солнечная система стала последнее время предметом прямых экспериментальных, а не только наблюдательных исследований. Полеты межпланетных космических станций, орбитальных лабораторий, экспедиции на Луну принесли множество новых конкретных знаний о Земле, околоземном пространстве, планетах, Солнце.

Мы живем в эпоху поразительных научных открытий и великих свершений. Самые невероятные фантазии неожиданно быстро реализуются. С давних пор люди мечтали разгадать тайны Галактик, разбросанных в беспредельных просторах Вселенной. Приходится только поражаться, как быстро наука выдвигает различные гипотезы и тут же их опровергает. Однако астрономия не стоит на месте: появляются новые способы наблюдения, модернизируются старые. С изобретением радиотелескопов, например, астрономы могут заглянуть на расстояния, которые еще в 40-x. годах ХХ столетия казались недоступными. Однако надо себе ясно представить огромную величину этого пути и те колоссальные трудности, с которыми еще предстоит встретиться на пути к звездам.

1. И.Д. Новиков «Эволюция Вселенной», М. 1983 г.

2. А.И. Еремеева. «Астрологическая картина мира и ее творцы». М. «Наука» 1984 г.

3. Б.А. Воронцов-Вельяминов. «Очерки о Вселенной», М., «Наука» 1976

4. ВС.П. Левитан. «Астрономия», М., «Просвещение» 1994 г.

5. В.В. Казютинский «Вселенная Астрономия, Философия», М., «Знание» 1972 г.

www.ronl.ru

Реферат - Строение и эволюция Вселенной

План:

I) Строение вселенной

II) Модели вселенной

1. Наша Галактика

2. Другие Галактики

3. Вчерашний день метагалактики

4. Метагалактика

5. История развития взглядов о строении Вселенной

III) Эволюция вселенной

1. Модели строения и развития вселенной

2. Теории, на основании которых созданы современные представления о эволюции вселенной

3. Возраст вселенной

IV) Вселенная и жизнь

^ 1. Условия жизни

2. Пояс жизни

3. Таинственный Марс

V) Изучение вселенной

Мир, Земля, Космос, Вселенная… Тысячелетиями пытливое человечество обращало свои взгляды на окружающий мир, стремилось постигнуть его, вырваться за пределы микромира в макромир.

Величественная картина небесного купола, усеянного мириадами звезд, с незапамятных звезд волновала ум и воображение ученых, поэтов, каждого живущего на Земле и зачарованного любующегося торжественной и чудной картиной, по выражению Лермонтова.

Что есть Земля, Луна, Солнце, звезды? Где начало и где конец Вселенной, как долго она существует, из чего состоит и где границы ее познания?

В своем реферате я изложила всё то, что известно на сегодняшний день науке о строении и эволюции Вселенной.

Изучение Вселенной, даже только известной нам её части является грандиозной задачей. Чтобы получить те сведения, которыми располагают современные ученые, понадобились труды множества поколений.

Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна так, как она является вечно самодвижущейся материей.

Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений в-ва звездных миров и звездных систем. Поэтому не будет ошибкой сказать, что любая наука так или иначе изучает Вселенную, точнее, тем или иначе её стороны. Химия изучает мир молекул, физика – мир атомов и элементарных частиц, биология – явления живой природы. Но существует научная дисциплина, объектом исследования которой служит сама вселенная или “Вселенная как целое” . Это особая отрасль астрономии так называемая космология. Космология – учение о Вселенной в целом, включающая в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области, как части Вселенной, кстати не следует смешивать понятия Вселенной в целом и “наблюдаемой” (видимой) Вселенной. Во втором случае речь идет речь идет лишь о той ограниченной области пространства, которая доступна современным методам научных исследований. С развитием кибернетики в различных областях научных исследованиях приобрели большую популярность методики моделирования. Сущность этого метода состоит в том, что вместо того или иного реального объекта изучается его модель, более или менее точно повторяющая оригинал или его наиболее важные и существенные особенности. Модель не обязательно вещественная копия объекта. Построение приближенных моделей различных явлений помогает нам всё глубже познавать окружающий мир. Так, например, на протяжении длительного времени астрономы занимались изучением однородной и изотронной (воображаемой) Вселенной, в которой все физические явления протекают одинаковым образом и все законы остаются неизменными для любых областей и в любых направлениях. Изучались так же модели, в которых к этим двум условиям добавлялось третье, - неизменность картины мира. Это означает, что в какую бы эпоху мы не созерцали мир, он всегда должен выглядеть в общих чертах одинаково. Эти во многом условные и схематические модели помогли осветить некоторые важные стороны окружающего нас мира. Но! Как бы сложна ни была та или иная теоретическая модель, какие бы многообразные факты она ни учитывала, любая модель – это еще не само явление, а только более или менее точная его копия, так сказать образ реального мира. Поэтому все результаты полученные с помощью моделей Вселенной, необходимо обязательно проверить путем сравнения с реальностью. Нельзя отождествлять само явление с моделью. Нельзя без тщательной проверки, приписывать природе те свойства, которыми обладает модель. Ни одна из моделей не может претендовать на роль точного “слепка” Вселенной. Это говорит о необходимости углубленной разработки моделей неоднородной и неизотронной Вселенной.

Звезды во Вселенной объединены в гигантские Звездные системы, называемые галактиками. Звездная система. В составе которой, как рядовая звезда находится наше Солнце, называется Галактикой.

Число звезд в галактике порядка 10 12 (триллиона) . Млечный путь, светлая серебристая полоса звезд опоясывает всё небо, составляя основную часть нашей Галактики. Млечный путь наиболее ярок в созвездии Стрельца, где находятся самые мощные облака звезд. Наименее ярок он в противоположной части неба. Из этого нетрудно вывести заключение, что солнечная система не находится в центре Галактики, который от нас виден в направлении созвездия Стрельца. Чем дальше от плоскости Млечного Пути, тем меньше там слабых звезд и тем менее далеко в этих направлениях тянется звездная система. В общем, наша Галактика занимает пространство, напоминающее линзу или чечевицу, если смотреть на нее сбоку. Размеры Галактики были намечены по расположению звезд, которые видны на больших расстояниях. Это цефиды и горячие гиганты. Диаметр Галактики примерно равен 3000 пк (Парсек (пк) – расстояние, с которым большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1” . 1 Парсек = 3,26 светового года = 206265 а. е. = 3*10 13 км.) или 100000 световых лет (световой год – расстояние пройденное светом в течении года) , но четкой границы у нее нет, потому что звездная плотность постепенно сходит на нет.

В центре галактики расположено ядро диаметром 1000-2000 пк – гигантское уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас на расстоянии почти 10000 пк (30000 световых лет) в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком скрыто плотной завесой облаков, что препятствует визуальным и фотографическим обычным наблюдениям этого интереснейшего объекта Галактики. В состав ядра входит много красных гигантов и короткопериодических цефид.

Звезды верхней части главной последовательности а особенно сверхгиганты и классические цефиды, составляют более молодые население. Оно располагается дальше от центра и образует сравнительно тонкий слой или диск. Среди звезд этого диска находится пылевая материя и облака газа. Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическую систему.

Масса нашей галактики оценивается сейчас разными способами, равна 2*10 11 масс Солнца (масса Солнца равна 2*10 30 кг.) причем 1/1000 ее заключена в межзвездном газе и пыли. Масса Галактики в Андромеде почти такова же, а масса Галактики в Треугольнике оценивается в 20 раз меньше. Поперечник нашей галактики составляет 100000 световых лет. Путем кропотливой работы московский астрономом В. В. Кукарин в 1944 г. нашел указания на спиральную структуру галактики, причем оказалось, что мы живем между двумя спиральными ветвями, бедном звездами.

В некоторых местах на небе в телескоп, а кое где даже невооруженным глазом можно различить тесные группы звезд, связанные взаимным тяготением, или звездные скопления.

^ Существует два вида звездных скоплений: рассеянные и шаровые .

Рассеянные скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и сверхгигантов со слабой концентрацией к центру.

Шаровые же скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и красных гигантов. Иногда они содержат короткопериодические цефеиды. Размер рассеянных скоплений – несколько парсек. Пример их скопления Глады и Плеяды в созвездии Тельца. Размер шаровых скоплений с сильной концентрацией звезд к центру – десяток парсек. Известно более 100 шаровых и сотни рассеянных скоплений, но в Галактике последних должно быть десятки тысяч.

Кроме звезд в состав Галактики входит еще рассеянная материя, чрезвычайно рассеянное вещество, состоящее из межзвездного газа и пыли. Оно образует туманности. Туманности бывают диффузными (клочковатой формы ) и планетарными . Светлые они от того, что их освещают близлежащие звезды. Пример: газопылевая туманность в созвездии Ориона и темная пылевая туманность Конская голова.

Расстояние до туманности в созвездии Ориона равно 500 пк, диаметр центральной части туманности – 6 пк, масса приблизительно в 100 раз больше массы Солнца.

Во Вселенной нет ничего единственного и неповторимого в том смысле, что в ней нет такого тела, такого явления, основные и общие свойства которого не были бы повторены в другом теле, другими явлениями.

Внешний вид галактик чрезвычайно разнообразен, и некоторые из них очень живописны. Эдвин Пауэлла Хаббл (1889-1953) , выдающийся американский астроном – наблюдатель, избрал самый простой метод классификации галактик по внешнему виду, и нужно сказать, что хотя в последствии другими выдающимися исследователями были внесены разумные предположения по классификации, первоначальная система, выведенная Хабблом, по прежнему остаётся основой классификации галактик.

Хаббл предложил разделить все галактики на 3 вида:

1. Эллиптические – обозначаемые Е (elliptical) ;

2. Спиральные (Spiral) ;

3. Неправильные – обозначаемые I (irregular) .

Эллиптические галактики внешне невыразительные. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным круговым уменьшением яркости от центра к периферии. Ни каких дополнительных частей у них нет, потому что Эллиптические галактики состоят из второго типа звездного населения. Они построены из звезд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светлости. Отсутствуют бело-голубые сверхгиганты и гиганты, группировки которых можно наблюдать в виде ярких сгустков, придающих структурность системе, нет пылевой материи которая, в тех галактиках где она имеется, создаёт темные полосы, оттеняющие форму звездной системы.

Внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой – большим или меньшим сжатием (NGG и 636, NGC 4406, NGC 3115 и др.) С несколько однообразными эллиптическими галактиками контрастируют спиральные галактики являющиеся может быть даже самыми живописными объектами во Вселенной. У эллиптических галактик внешний вид говорит о статичности, стационарности Спиральные галактики наоборот являют собой пример динамики формы. Их красивые ветви, выходящие из центрального ядра и как бы теряющие очертания за пределами галактики, указывает на мощное стремительное движение. Поражает также многообразие форм и рисунков ветвей. Как правило, у галактики имеются две спиральные ветви, берущие начало в противоположных точках ядра, развивающимися сходным симметричным образом и теряющая в противоположных областях периферии, галактики. Однако известны примеры большего, чем двух числа спиральных ветвей в галактике. В других случаях спирали две, но они неравны – одна значительно более развита чем вторая. Примеры спиральных галактик: М31, NGC 3898, NGC 1302, NGC 6384, NGC 1232 и др.

Перечисленные мною до сих пор типы галактик характеризовались симметричностью форм определенным характером рисунка. Но встречаются большое число галактик неправильной формы . Без какой-либо закономерности структурного строения. Хаббл дал им обозначение от английского слова irregular – неправильные.

Неправильная форма у галактики может быть, в следствии того, что она не успела принять правильной формы из-за малой плотности в ней материи или из-за молодого возраста. Есть и другая возможность: галактика может стать неправильной в следствии искажения формы в результате взаимодействия с другой галактикой. По видимому эти оба случая встречаются среди неправильных галактик и может быть с этим связанно разделение неправильных галактик на 2 подтипа.

Подтип II характеризуется сравнительно высокой поверхностью, яркостью и сложностью неправильной структуры (NGM 25744, NGC 5204) . Французский астроном Вакулер в некоторых галактиках этого подтипа, например Магеллановых облаках, обнаружил признаки спиральной разрушенной структуры.

Неправильные галактики другого подтипа обозначаемого I II , отличаются очень низкой поверхностью и яркостью. Эта черта выделяет их из среды галактик всех других типов. В то же время она препятствует обнаружению этих галактик, вследствие чего удалось выявить только несколько галактик подтипа I II расположенных сравнительно близко (галактика в созвездии Льва.) .

Только 3 галактики можно наблюдать невооруженным глазом, Большое Магелланово облако, Малое Магелланово облако и туманность Андромеды. В таблицы приведены данные о десяти ярчайших галактиках неба. (БМО, ММО – Большое Магелланово облако и Малое Магелланово облако.) .

Не вращающаяся звездная система по истечении некоторого срока должна принять форму шара. Такой вывод следует из теоретических исследований. Он подтверждается на примере шаровых скоплений, которые вращаются и имеют шарообразную форму.

Если же звездная система сплюснута, то это означает, что она вращается. Следовательно, должны вращаться и эллиптические галактики, за исключением тех, из них, которые шарообразны, не имеют сжатия. Вращение происходит вокруг оси, которая перпендикулярна главной плоскости симметрии. Галактика сжата вдоль оси своего вращения. Впервые вращение галактик обнаружил в 1914 г. американский астроном Слайфер.

Особый интерес представляют галактики с резко повышенной светимостью. Их принято называть радиогалактиками. Наиболее выдающаяся галактика Лебедь. Это слабая двойная галактика с чрезвычайно тесно расположенными друг к другу компонентами, являющимися мощнейшим дискретным источником. Объекты подобные галактике Лебедь безусловно очень редки в метагалактике, но Лебедь не единственный объект подобного рода во Вселенной. Они должны находиться на громадном расстоянии друг от друга (более 200Мпс) .

Поток проходящего от них радиоизлучения в виду большого расстояния слабее, чем от источника Лебедь.

Несколько ярких галактик, входящих в каталог NGC, также отнести к разряду радиогалактик, потому что их радиоизлучение аналогично сильное, хотя оно значительно уступает по энергии световому. Из этих галактик NGC 1273, NGC 5128, NGC 4782 и NGC 6186 являются двойными. Одиночные NGC 2623 и NGC 4486.

Когда английские и австралийские астрономы, применив интерференционный метод в 1963 г. определили с большой точностью положения значительного числа дискретных источников радиоизлучения, они одновременно определили и другие угловые размеры некоторого числа радиоисточников. Диаметры большинства из них исчислялись минутами или десятками секунд дуги, но у 5 источников, а именно у 3С48,3С147,3С196,3С273 и 3С286, размеры оказались меньше секунды дуги.

Но поток их радиоизлучения не уступали потки радиоизлучения других фирм дискретных источников, превосходящих их по площади излучения в десятки тысяч раз. Эти звездоподобные источники радиоизлучения были названы квадрами. Сейчас их открыто более 1000. Блеск квадра не остается постоянным. Массы квадров достигают миллиона солнечных масс. Источник энергии квадров до сих пор не ясен. Есть предположения, что квадры – это исключительно активные ядра очень далеких галактик.

Теоретическое моделирование имеет важное значение так же и для выяснения прошлого и будущего наблюдаемой Вселенной. В 1922 г. А. А. Фридман занялся разработкой оригинальной теоретической модели Вселенной. Он предположил, что средняя плотность не является постоянно, а меняется с течением времени. Фридман пришел к выводу, что любая достаточно большая часть Вселенной, равномерно заполняемая материя не может находится в состоянии равновесия: она должна либо расширяться, либо сжиматься. Еще в 1917 г. В. М. Слайдер обнаружил “красное смещение” спектральных линий в спектрах далёких галактик. Подобное смещение наблюдается тогда, когда источник света удаляется от наблюдателя. В 1929 г. Э. Хаббл объяснил это явление взаимным разбеганием этих звездных систем. Явление “красного смещения” наблюдается в спектрах почти всех галактик, кроме ближайших (нескольких) . И чем дальше от нас галактика, тем больше сдвиг линий в её спектре, т.е. все звездные системы удаляются от нас с огромными скоростями в сотни, тысячи десятки тысяч километров в секунду, более далекие галактики обладают и большими скоростями. А после того, как эффект “красного смещения” был обнаружен и в радиодиапазоне, то не осталось, никаких сомнений в том, что наблюдаемая Вселенная расширяется. В настоящее время известны галактики, удаляющиеся от нас со скоростью 0,46 скорости света. А сверхзвезды и квадры – 0,85 скорости света. Но почему они движутся, расширяются? На галактики постоянно действует какая-то сила. В отдаленном прошлом материя в нашей области Вселенной находилась в сверхплотном состоянии. Затем произошел “взрыв” , в результате которого и началось расширение. Чтобы выяснить дальнейшую судьбу метагалактики, необходимо оценить среднюю плотность межзвездного газа. Если она выше 10 протонов на 1м 3 , то общее гравитационное поле метагалактики достаточно велико, чтобы постепенно остановить расширение. И оно смещается сжатием.

Возникли два мнения по поводу состояния Метагалактики до начала расширения. Согласно одному из них первоначальное вещество метагалактики состояло из “холодной” смеси протонов, т.е. ядер атомов водорода, электронов и нейтронов. Согласно второй, температура была очень велика, а плотность излучения даже превосходила плотность вещества. Но после открытия в 1965 г. реликтового излучения А. Тицнасом и Р. Вилсоном предпочтение было отдано второй теории. После была представлена попытка представить ход событий на первых стадиях расширения Метагалактики: через 1с после начала расширения сверхплотной исходной плазмы плотность вещества снизилась до 500 кг/ см 3 , а t=10 13 С о . В течение следующих 100с плотность снизилась до 50 г/см 2 температура упала. Объединились протоны и нейтроны => ядра гелия. При t=4000 о , это продолжалось несколько сотен тысяч лет. Затем, после того, как образовались атомы водорода, началось постепенное формирование горячих водородных облаков, из которых образовались галактики и звезды. Однако в процессе расширения могли сохраниться сгустки сверхплотного до звездного вещества, а в процессе их распада образовались звезды и галактики. Не исключено, что действовали оба механизма. Понятие Метагалактика не является вполне ясным. Оно сформировалось на основании аналогии со звездами. Наблюдения показывают, что галактики, подобно звездам, группирующиеся в рассеянные и шаровые скопления, также объединяются в группы и скопления различной численности. Вся охваченная современными методами астрономических наблюдений часть Вселенной называется Метагалактикой (или нашей Вселенной) . В Метагалактике пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разряженным межгалактическим газом, пронизывается космическими лучами, в нем существуют магнитные и гравитационные поля, и возможно невидимые массы веществ.

От наиболее удаленных метагалактических объектов свет идет до нас много миллионов лет. Но все-таки нет оснований утверждать, что метагалактика это вся вселенная. Возможно существуют др., пока не известные нам метагалактики.

В 1929 г. Хаббл открыл замечательную закономерность которая была названная “законом Хаббла” или “закон красного смещения” : линии галактик смещенных к красному концу, причем смещение тем больше, чем дальше находится галактика.

Объяснив красные смещения эффектом Доплера. Ученые пришли к выводу о том, что расстояние между нашей и другими галактиками непрерывно увеличивается. Хотя безусловно галактики не разлетаются во все стороны от нашей галактики, которая не занимает никакого особого положения в метагалактике, а происходит взаимное удаление всех галактик. Следовательно, Метагалактика не стационарна.

Открытие расширения метагалактики свидетельствует о том, что в прошлом метагалактика была не такой как сейчас и иной станет в будущем, т.е. метагалактика эволюционирует.

По красному смещению определены скорости удаления галактик. У многих галактик они очень велики, соизмеримы со скоростью света. Самым большими скоростями (более 250 000 км/с) обладают некоторые квадры, которые считаются самыми удаленными от нас объектами Метагалактики.

Мы живем в расширяющейся Метагалактики; расширение метагалактики проявляется только на уровне скоплений и сверхскоплений галактик. Метагалактика имеет одну особенность: не существует центра, от которого разбегаются галактики. Удалось вычислить промежуток времени с начала расширения метагалактики.

Промежуток расширения равен 20-13 млрд. лет. Расширение метагалактики является самым грандиозным из известных в настоящие время явлений природы. Это открытие произвело коренное изменение во взглядах философов и ученых. Ведь некоторые философы ставили знак равенства между метагалактикой и вселенной, и пытались доказать, что расширение метагалактики подтверждает религиозное представление о божественности происхождения вселенной. Но Вселенной известны естественные процессы, по всей вероятности это взрывы. Есть предположение, что расширение метагалактики также началось с явления напоминающего. Колоссальный взрыв вещества, обладающего огромной температурой и плотностью.

Расчеты, выполненные астрофизиками, свидетельствуют о том, что после начала расширения вещество метагалактики имело высокую температуру и состояло из элементарных частиц (нуклонов) и их античастиц. По мере расширения изменилась не только температура и плотность вещества, но и состав входивших в него частиц, т.е. многие частицы и античастицы манипулировали, порождая при этом электромагнитные кванты, излучения которые в современной нам метагалактики оказалось больше, чем атомов, из которых состоят звезды, планеты, диффузная материя.

Эта теория называется теорией “горячей Вселенной” чтобы сверхплотное вещество превратилось в вещество с близкой плотностью к плотности воды. Через несколько часов плотность почти сравнялась с плотностью нашего воздуха, а сейчас, по истечении миллиардов лет оценка средней плотности вещества в метагалактике приводит к значению порядка 10 -28 кг/м 3 .

Но все эти данные удалось получить только с помощью уникального сложного оборудования позволяющего расширить границы Вселенной. До сих пор человечество совершенствует его, изобретали все более гениальные приборы, но еще на заре цивилизации, когда пытливый человеческий ум обратился к заоблачным высотам, великие философы мыслили свое представление о Вселенной, как о чем-то бесконечном. Древнегреческий философ Анаксимандр (VI в. до н.э.) ввел представление о некой единой беспредельности, не обладавшей ни какими привычными наблюдениями, качествами, первооснове всего – апейроне.

Стихии мыслились сначала как полуматериальные, полубожественные, одухотворенные субстанции. Представление чистоматериальной основе всего сущего в древнегреческой основе достигли своей вершины в учении атомистов Левкиппа и Демокрита (V-IV в. в. до н.э.) о Вселенной, состоящей из бескачественных атомов и пустоты.

Древнегреческим философам принадлежит ряд гениальных догадок об устройстве Вселенной. Анаксимандр высказал идею изолированности Земли, в пространстве. Эйлалай первым описал пифагорейскую систему мира, где Земля как и Солнце обращались вокруг некоего “гигантского огня” . Шарообразность Земли утверждал другой пифагореец Парменид (VI-V в. в. до н.э.) Гераклит Понтийский (V-IV в до н.э.) утверждал так же ее вращение вокруг своей оси и донес до греков еще более древнюю идею египтян о том, что само солнце может служить центром вращение некоторых планет (Венера, Меркурий) .

Французский философ и ученый, физик, математик, физиолог Рене Декарт (1596-1650) создал теорию о эволюционной вихревой модели Вселенной на основе гелиоцентрализма. В своей модели он рассматривал небесные тела и их системы в их развитии. Для XVII в. в. его идея была необыкновенно смелой. По Декарту, все небесные тела образовывались в результате вихревых движений, происходивших в однородной в начале, мировой материи. Совершенно одинаковые материальные частицы, находясь в непрерывном движении и взаимодействии, меняли свою форму и размеры, что привело к наблюдаемому нами богатому разнообразию природы.

Солнечная система согласно Декарту, представляет собой один из таких вихрей мировой материи. Планеты не имеют собственного движения – они движутся, увлекаемые мировым вихрем. Декарт внес и новую идею для объяснения тяжести: он считал, что в вихрях, возникающих вокруг планет частицы давят друг на друга и тем вызывают явление тяжести (например на Земле) . Таким образом Декарт, первым стал рассматривать тяжесть не как врожденное, а как производное качество тел.

Великий немецкий ученый, философ Иммануил Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной, обогатив картину ее ровной структуры и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновение такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях – начиная с планетной системных и кончая миром туманности.

Эйнштейн совершил радикальную научную революцию, введя свою теорию относительности. Это было сравнительно просто, как и всё гениальное. Ему не пришлось предварительно открыть новые явления, установить количественные закономерности. Он лишь дал принципиально новое объяснение.

Эйнштейн раскрыл более глубокий смысл установленных зависимостей, эффектов уже связанных в некую физико-математическую систему (в виде постулатов Пуанкаре) . Заменив в данном случае теорию абсолютности пространства и времени идей их относительности “Пуанкаре” , которую теперь уже не связывали с идеей абсолютного в пространстве, абсолютной системы отсчета. Такой переворот снимал основное противоречие, создававшее кризисную ситуацию, в теоретическом осмыслении действия. Более того, открылся путь для дальнейшего проникновения в свойства и законы окружающего мира, настолько глубоко, что сам Эйнштейн не сразу осознал степень революционности своей идеи.

В статье от 30.06.1905 г., заложившей основы специальной теории относительности Эйнштейн, обобщая принципы относительности Галилея, провозгласил равноправие всех инерциальных систем отсчета не только в механических, но также электромагнитных явлений.

Специальная или частная теория относительности Эйнштейна явилась результатом обобщения механики Галилея и электродинамики Максвелла Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения близких к скорости света.

Впервые принципиально новые космогологические следствия общей теории относительности раскрыл выдающийся советский математик и физик – теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.) . Выступив в 1922-24 гг. он раскритиковал выводы Эйнштейна о том, что Вселенная конечна и имеет форму четырехмерного цилиндра. Эйнштейн сделал свой вывод исходя из предположения о стационарности Вселенной, но Фридман показал необоснованность его исходного постулата.

Фридман привел две модели Вселенной. Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте “красного смещения” в их спектрах.

Этим Фридман доказал, что вещество во Вселенной не может находится в покое. Своими выводами Фридман теоретически способствовал открытию необходимости глобальной эволюции Вселенной.

Существует несколько теории эволюции: Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация.

По этой теории наша Вселенная расширяется в течении 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится и произойдет остановка, а затем она начнёт сжиматься до тех пор пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время прибывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет.

Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует ни каких точных доказательств хотя бы одной из них.

Открытие многообразных процессов эволюции в различных системах и телах, составляющих Вселенную, позволило изучить закономерности космической эволюции на основе наблюдательных данных и теоретических расчетов.

В качестве одной из важнейших задач рассматривается определение возраста космических объектов и их систем. Поскольку в большинстве случаев трудно решить, что нужно считать и понимать под “моментом рождения” тела или системы, то устанавливая возраст характеристики имеют ввиду две оценки:

1. Время, в течении которого система уже находится в наблюдаемом состоянии.

2. Полное время жизни данной системы от момента её появления. Очевидно, что вторая характеристика может быть получена только на основе теоретических расчетов.

Обычно первую из высказанных величин называют возрастом, а вторую – временем жизни.

Факт взаимного удаления галактик, составляющих метагалактики свидетельствует о том, что некоторое время тому назад она находилась в качественно ином состоянии и была более плотной.

Наиболее вероятное значение постоянной Хаббла (коэффициента пропорциональности, связывающего скорости удаления внегалактических объектов и расстояние до них составляющее 60 км/сек – мегапарсек) , приводит к значению времени расширения метагалактики до современного состояния 17 млрд. лет.

Из всех вышеперечисленных и тех доказательств, которые не вошли в мой реферат из-за своей громоздкости и математически-физической сложности можно с уверенностью сделать вывод: Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем.

Проблема жизни в космосе – одна из наиболее увлекательных и популярных проблем в науке о Вселенной, которая с давних пор волнует не только ученых, но и всех людей. Еще Дж. Бруно и М. Ломоносов высказывали предположение о множественности обитаемых миров. Изучение жизни во Вселенной – одна из сложнейших задач, с которой когда-либо встречалось человечество. Речь идет о явлении, с которым сталкивалось человечество. Речь идет о явлении, с которым людям по существу еще не приходилось непосредственно сталкиваться. Все данные о жизни вне Земли, носят чисто гипотетический характер. Поэтому глубоким исследованиям биологических закономерностей и космических явлений занимается научная дисциплина – “экзобиология” .

Так исследования внеземных, космических форм жизни помогло бы человеку, во-первых, понять сущность жизни, т.е. то, что отличает все живые организмы от неорганической природы, во-вторых, выяснить пути возникновения и развития жизни и, в-третьих, определить место и роль человека во Вселенной. Сейчас можно считать достаточно твердо установленным, что на нашей собственной планете жизнь возникла в отдаленном прошлом из неживой, неорганической материи при определенных внешних условиях. Из числа этих условий можно выделить три главных. Прежде всего, это присутствие воды, которая входит в состав живого вещества, живой клетки. Во-вторых, наличие газовой атмосферы, необходимой для газового обмена организма с внешней средой. Правда, можно представить себе и какую-либо иную среду. Третьим условием является наличием на поверхности данного небесного тела подходящего диапазона температур. Также необходима внешняя энергия для синтеза молекулы живого вещества из исходных органических молекул энергия космических лучей, или ультрафиолетовой радиации или энергия электронных разрядов. Внешняя энергия нужна и для последующей жизнедеятельности живых организмов. Условия необходимые для возникновения жизни, в своё время сложилась естественным путём, в ходе эволюции Земли, нет таких оснований считать, что они не могут складываться и процессе развития других небесных тел. Было выдвинуто множество гипотез по этому поводу. Академик А. И. Опарин, считает, что жизнь должна была появиться тогда, когда поверхность нашей планеты представляла собой сплошной океан. В результате соединения С 2 СН 2 и N 2 возникли простейшие органические соединения. Затем в водах первичного океана молекулы этих соединений, объединились и укрепились, образуя сложный раствор органических веществ на третьей стадии из этой среды выделились комплексы молекул, которые и дали начало первичным живым организмам. Оро и Фесенков заметили, что своеобразными переносчиками если не самой жизни, то, по крайней мере, её исходных элементов могут быть кометы и метеориты. Однако, если не вступать в область близкую к фантастике, и оставаться на почве лишь достаточно твердо установленных научных фактов, то при поисках живых организмов на других небесных телах мы должны прежде всего исходить из того, что нам известно о земной жизни.

Что касается нашей солнечной системы, то различные ее планеты движутся на разных расстояниях от Солнца и получают неодинаковое количество солнечной энергии. В связи с этим. В солнечной системе может быть выделен своеобразный тепловой пояс жизни, в который входят Земля, Марс и Венера, а также Луна на первый взгляд физические условия на Луне полностью не исключает возможность существования живых организмов: на Луне отсутствует атмосферная оболочка, нет воды, температура изменяется от –150 0 С до +130 0 С, поверхность Луны подвергается постоянной бомбардировке метеоритами, космическими лучами, ультрафиолетовой радиацией Солнца и т.п. И пока можно гадать о том, существует ли в природе высокоорганизованные формы жизни, способные развиваться при подобных условиях. Исключение могут составлять лишь микробы и бактерии, которые, как известно способны приспосабливаться к самым неблагоприятным условиям: нагревание и глубокое охлаждение; ультрафиолетовые и радиоактивные излучения: интенсивная радиация и т.д. В настоящее время ряд ученых считает, что на Луне имеются органические вещества. Они могли образоваться здесь на заре существования Луны или быть занесенными метеоритами. Высказываются предположения, что над слоем лунного грунта (10м) расположен целый мощный слой сложных органических соединений. Так же и Венера, если температура на её поверхности высока, то несмотря на наличие атмосферы, условия для жизни на этой планете малопригодны. Гораздо перспективнее в этом отношении Марс.

В наши дни астрономов прежде всего интересует вопрос о физических условиях на Марсе. Живые организмы, обитающие на небесном теле, непрерывно взаимодействуют с окружающей средой. Так, например, на поверхности Марса имеются темные пятна “моря” . Они меняют свою окраску в соответствии со сменой времен года. Это явление напоминает сезонные изменения цвета зеленой растительности. Атмосфера Марса значительно разряжена, чем земная. В воздушной оболочке морей до сих пор не обнаружен свободный кислород. В связи с этим можно предположить, что марсианские растения выделяют кислород

www.ronl.ru

Начальная Windows Commander Far WinNavigator Frigate Norton Commander WinNC Dos Navigator Servant Salamander Turbo Browser Winamp, Skins, Plugins Необходимые Утилиты Текстовые редакторы Юмор		File managers and best utilites Главная » Реферат » Реферат эволюция вселенной Реферат: Эволюция Вселенной:. Реферат эволюция вселенной Доклад - Эволюция Вселенной 3 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Белгородский Государственный Университет Факультет бизнеса и сервиса Эволюция Вселенной Выполнила студентка группы 170961 Зайцева Светлана Евгеньевна Проверил: Белгород, 2010 Содержание: 2 I. Введение. 3 II. Эволюция Вселенной. 5 1. Теории эволюции Вселенной. 5 2. Историческое развитие представлений о Вселенной………………..…6 3. Начало Вселенной. 8 4. Периодизация эволюции Вселенной……………………………………..9 4.1. Адронная эра. 9 4.2. Лептонная эра. 10 4.3. Фотонная эра или эра излучения. 1 1 4.4. Звездная эра. 1 2 5. Рождение галактик………………………………………………………13 6. Модели будущего Вселенной. 1 6 III. Заключение. 21 Список использованной литературы… 2 3 I. Введение Исследованием Вселенной стал заниматься еще самый древний Человек. Небо было доступно для его обозрения – оно было для него интересным. Недаром астрономия – самая древняя из наук о природе – и, по сути, почти самая древняя наука вообще. Не потерял интереса к изучению проблем космоса и Современный Человек. Но он смотрит уже немного глубже: ему не просто интересно что есть Вселенная сейчас – он жаждет знаний о том: · что было, когда Вселенная рождалась? · рождалась ли она вообще или она глобально стационарна? · как давно это было и как происходило? Для поиска ответа на все эти Непростые ответы была отведена специальная ниша в астрономии – космология. Космология[1] — это физическое учение[2] о Вселенной как в целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной. Космология попыталась дать ответы на эти вопросы. Была создана теория Большого Взрыва, а так же теории, описывающие первые мгновения рождения Вселенной, ее появление и структуризации. Всё это позволяет нам понять сущность физических процессов, показывает источники, создающие современные законы физики, даёт возможность прогнозировать дальнейшую судьбу Вселенной. Поэтому космология, как и любая другая наука, живет и бурно развивается, принося все новые и новые фундаментальные знания об окружающем нас мире. Хотя и не так стремительно, как например, компьютерные технологии, и в большей мере за счет «альтернативных» теорий, но все-таки развивается. Данная работа посвящена эволюции Вселенной: в ней рассматриваются первые мгновения жизни Вселенной, её дальнейшая эволюция и модели будушего развития Вселенной. Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое. Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был настолько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом. На протяжении десяти миллиардов лет после “большого взрыва” простейшее бесформенное вещество постепенно превращалось в атомы, молекулы, кристаллы, породы, планеты. Рождались звезды, системы, состоящие из огромного количества элементарных частиц с весьма простой организацией. На некоторых планетах могли возникнуть формы жизни. II. Эволюция Вселенной 1. Теории эволюции Вселенной Существует несколько теорий эволюции. Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация. По этой теории наша Вселенная расширяется на протяжении 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится, и произойдет остановка. А затем Вселенная начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв. Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет. Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует ни каких точных доказательств хотя бы одной из них. 2. Историческое развитие представлений о Вселенной Еще на заре цивилизации, когда пытливый человеческий ум обратился к заоблачным высотам, великие философы мыслили свое представление о Вселенной, как о чем-то бесконечном. Древнегреческий философ Анаксимандр (VI в. до н.э.) ввел представление о некой единой беспредельности, не обладавшей ни какими привычными наблюдениями, качествами, первооснове всего – апейроне[3]. Стихии мыслились сначала как полуматериальные, полубожественные, одухотворенные субстанции. Представление о чисто материальной основе всего сущего в древнегреческой основе достигли своей вершины в учении атомистов Левкиппа и Демокрита (V-IV в.в. до н.э.) о Вселенной, состоящей из бескачественных атомов и пустоты[4] . Древнегреческим философам принадлежит ряд гениальных догадок об устройстве Вселенной. Анаксиандр высказал идею изолированности Земли, в пространстве[5]. Эйлалай первым описал пифагорейскую систему мира, где Земля, как и Солнце, обращались вокруг некоего «гигантского огня»[6]. Шарообразность Земли утверждал другой пифагорец Парменид (VI-V в.в. до н.э.)[7]. Гераклид Понтийский (V-IV в до н.э.) утверждал так же ее вращение вокруг своей оси и донес до греков еще более древнюю идею египтян о том, что само солнце может служить центром вращение некоторых планет (Венера, Меркурий)[8] . Французский философ и ученый, физик, математик, физиолог Рене Декарт (1596-1650) создал теорию об эволюционной вихревой модели Вселенной на основе гелиоцентризма[9]. В своей модели он рассматривал небесные тела и их системы в их развитии. Для XVII в. его идея была необыкновенно смелой. По Декарту все небесные тела образовывались в результате вихревых движений, происходивших в однородной в начале, мировой материи. Совершенно одинаковые материальные частицы, находясь в непрерывном движении и взаимодействии, меняли свою форму и размеры, что привело к наблюдаемому нами богатому разнообразию природы. Великий немецкий ученый, философ Иммануил Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной, обогатив картину ее ровной структуры, и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле[10]. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновение такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях – начиная с планетной системных и кончая миром туманности. Эйнштейн совершил радикальную научную революцию, введя свою теорию относительности. Специальная или частная теория относительности Эйнштейна явилась результатом обобщения механики Галилея и электродинамики Максвелла Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения близких к скорости света. Впервые принципиально новые космологические следствия общей теории относительности раскрыл выдающийся советский математик и физик – теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.)[11]. Выступив в 1922-24 гг. он раскритиковал выводы Эйнштейна о том, что Вселенная конечна и имеет форму четырехмерного цилиндра. Эйнштейн сделал свой вывод исходя из предположения о стационарности Вселенной, но Фридман показал необоснованность его исходного постулата[12] . Фридман привел две модели Вселенной. Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах. В 1929 г. Хаббл открыл замечательную закономерность, которая была названа «законом Хаббла» или «законом красного смещения»: линии галактик, смещенных к красному концу, причем смещение тем больше, чем дальше находится галактика. Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое. Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был настолько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом[13] . Момент, с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Тогда началась первая и полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют “большим взрывом” или английским термином Big Bang. Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объём. Средняя плотность Вселенной в результате расширения постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом Плотность Вселенной была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря, энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения “большого взрыва” вся материя была сильно раскаленной и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов[14]. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы. 4. Периодизация эволюции Вселенной Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную. Первая эра называется адронной по имени тяжелых частиц. Состав Вселенной в начале этой эры очень сложный и представлен частицами столь высоких энергий, что экспериментально они еще не обнаружены. Характерной особенностью адронной эры является сосуществование частиц и античастиц, т.е. вещества и антивещества. Частицы и античастицы аннигилируют и возникают вновь, распадаются и рождаются в результате взаимодействий. Аннигиляция пары «частица-античастица» означает превращение их в излучение. Это свет, рентгеновские или гамма-лучи. При громадных энергиях, процессах аннигиляции и рождения частиц, материю в адронную эру можно охарактеризовать как некую адронную плазму, представляющую бесформенную, довольно однородную смесь частиц, античастиц и излучения. Поэтому этот период развития материи с полным основанием может быть описан словами: «Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною»[15]. А слово «вода» может быть истолковано как однородная бесформенная жидкостная стихия. Именно в адронную эру возникают протоны и нейтроны, из которых потом строятся ядра элементов вещества. При очень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселенной материя состояла из элементарных частиц. Через миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной, температура T упала на 10 биллионов Кельвинов(1013 K)[16]. Процесс аннигиляции барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов (протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов — гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. К моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды (10-4 с.), температура ее понизилась до 1012 K, а энергия частиц и фотонов представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения самых легких адронов — пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг 10-4 с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды[17] . Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 Мэв до 1 Мэв в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже[18] . Лептонная эра начинается с распада последних адронов — пионов — в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 1010 K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем “реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино[19]. Возникает нейтринное море. Во время эры излучения продолжалось стремительное расширение космической материи, состоящей из фотонов, среди которых встречались свободные протоны или электроны и крайне редко — альфа-частицы (фотонов было в миллиард раз больше, чем протонов и электронов). В период эры излучения протоны и электроны в основном оставались без изменений, уменьшалась только их скорость. С фотонами дело обстояло намного сложнее. Хотя скорость их осталась прежней, в течение эры излучения гамма-фотоны постепенно превращались в фотоны рентгеновские, ультрафиолетовые и фотоны света. Вещество и фотоны к концу эры остыли уже настолько, что к каждому из протонов мог, присоединится один электрон. При этом происходило излучение одного ультрафиолетового фотона (или же нескольких фотонов света) и, таким образом, возник атом водорода. Это была первая система частиц во Вселенной. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии. Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Кончается эра излучения и вместе с этим период “большого взрыва”. Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время. “Большой взрыв” продолжался сравнительно недолго, всего лишь одну тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, во время “большого взрыва”. Все события во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции. Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти все: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны (электроны). После “большого взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения “большого взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом “большого взрыва” её развитие представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры. Таким образом, эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или гигантский взрыв галактики — ничтожные явления в сравнении с большим взрывом. С возникновением атомов водорода начинается звездная эра — эра частиц, точнее говоря, эра протонов и электронов. Вселенная вступает в звездную эру в форме водородного газа с огромным количеством световых и ультрафиолетовых фотонов. Водородный газ расширялся в различных частях Вселенной с разной скоростью. Неодинаковой была также и его плотность. Он образовывал огромные сгустки, во много миллионов световых лет. Масса таких космических водородных сгустков была в сотни тысяч, а то и в миллионы раз больше, чем масса нашей теперешней Галактики. Расширение газа внутри сгустков шло медленнее, чем расширение разреженного водорода между самими сгущениями. Позднее из отдельных участков с помощью собственного притяжения образовались сверхгалактики и скопления галактик. Итак, крупнейшие структурные единицы Вселенной — сверхгалактики — являются результатом неравномерного распределения водорода, которое происходило на ранних этапах истории Вселенной. 5. Рождение галактик Колоссальные водородные сгущения — зародыши сверхгалактик и скоплений галактик — медленно вращались. Внутри их образовывались вихри, похожие на водовороты. Их диаметр достигал примерно ста тысяч световых лет. Мы называем эти системы протогалактиками, т.е. зародышами галактик[20]. Несмотря на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего лишь ничтожной частью сверхгалактик и по размеру не превышали одну тысячную сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей системы звезд, которые мы называем галактиками. Некоторые из галактик до сих пор напоминают нам гигантское завихрение. Астрономические исследования показывают, что скорость вращения завихрения предопределила форму галактики, родившейся из этого вихря. Выражаясь научным языком, скорость осевого вращения определяет тип будущей галактики. Из медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики, в то время как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные галактики[21] . В результате силы тяготения очень медленно вращающийся вихрь сжимался в шар или несколько сплюнутый эллипсоид. Размеры такого правильного гигантского водородного облака были от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч световых лет. Нетрудно определить, какие из водородных атомов вошли в состав рождающейся эллиптической, точнее говоря эллипсоидальной галактики, а какие остались в космическом пространстве вне нее. Если энергия связи сил гравитации атома на периферии превышала его кинетическую энергию, атом становился составной частью галактики. Протогалактика, которая вообще не вращалась, становилась родоначальницей шаровой галактики. Сплющенные эллиптические галактики рождались из медленно вращающихся протогалактик. Из-за недостаточной центробежной силы преобладала сила гравитационная. Протогалактика сжималась и плотность водорода в ней возрастала. Как только плотность достигала определенного уровня, начали выделяться и сжиматься сгустки водорода. Рождались протозвезды, которые позже эволюционировали в звезды. Рождение всех звезд в шаровой или слегка приплюснутой галактике происходило почти одновременно. Этот процесс продолжался относительно недолго, примерно сто миллионов лет. Это значит, что в эллиптических галактиках все звезды приблизительно одинакового возраста, т.е. очень старые. В эллиптических галактиках весь водород был исчерпан сразу же в самом начале, примерно в первую сотую существования галактики. На протяжении последующих 99 сотых этого периода звезды уже не могли возникать. Таким образом, в эллиптических галактиках количество межзвездного вещества ничтожно. Спиральные галактики, в том числе и наша, состоят из очень старой сферической составляющей (в этом они похожи на эллиптические галактики) и из более молодой плоской составляющей, находящейся в спиральных рукавах. Между этими составляющими существует несколько переходных компонентов разного уровня сплюснутости, разного возраста и скорости вращения. Строение спиральных галактик, таким образом, сложнее и разнообразнее, чем строение эллиптических. Спиральные галактики кроме этого вращаются значительно быстрее, чем галактики эллиптические. Не следует забывать, что они образовались из быстро вращающихся вихрей сверхгалактики. Поэтому в создании спиральных галактик участвовали и гравитационная и центробежная силы[22] . Если бы из нашей галактики через сто миллионов лет после ее возникновения (это время формирования сферической составляющей) улетучился весь межзвездный водород, новые звезды не смогли бы рождаться, и наша галактика стала бы эллиптической. Но межзвездный газ в те далекие времена не улетучился, и, таким образом гравитация и вращение могли продолжать строительство нашей и других спиральных галактик. На каждый атом межзвездного газа действовали две силы — гравитация, притягивающая его к центру галактики и центробежная сила, выталкивающая его по направлению от оси вращения. В конечном итоге газ сжимался по направлению к галактической плоскости. В настоящее время межзвездный газ сконцентрирован к галактической плоскости в весьма тонкий слой. Он сосредоточен, прежде всего, в спиральных рукавах и представляет собой плоскую или промежуточную составляющую, названную звездным населением второго типа. На каждом этапе сплющивания межзвездного газа во все более утончающийся диск рождались звезды. Поэтому в нашей галактике можно найти, как старые, возникшие примерно десять миллиардов лет назад, так и звезды родившиеся недавно в спиральных рукавах, в так называемых ассоциациях и рассеянных скоплениях. Можно сказать, что чем более сплющена система, в которой родились звезды, тем они моложе. Каково же будущее Вселенной? Многие выдающиеся ученые ХХ века неоднократно задавались этим вопросом. В 1917 г. А. Эйнштейн выступил с гипотезой о конечной, но безграничной Вселенной. Суть данной гипотезы была в следующем: предположим, что вещество, составляющее планеты, звез­ды и звездные системы, равномерно рассеяно по всему миро­вому пространству. Тем самым мы допускаем, что Вселенная всюду однородна и к тому же изотропна, то есть во всех на­правлениях имеет одинаковые свойства. Будем считать, что средняя плотность вещества во Вселенной выше так называе­мой критической плотности. Если все эти требования соблю­дены, мировое пространство, как это доказал Эйнштейн, замк­нуто и представляет собой четырехмерную сферу. Объем та­кой Вселенной может быть выражен, хотя и очень большим, но все же конечным числом кубометров. В принципе, возможно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в од­ном и том же направлении. Такое воображаемое путешествие подобно земным кругосветным путешествиям. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная по Эйнштейну, содержит хотя и большое, но все-таки конечное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней фотометрический и гравита­ционный парадоксы просто неприменимы[23]. В то же время при­зрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна — такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща. Пять лет спустя, в 1922 г., советский физик Александр Фридман на основании строгих расчетов показал, что Вселен­ная Эйнштейна никак не может быть стационарной, неизмен­ной, как это считал Эйнштейн. Вселенная непременно должна расширяться, причем речь идет о расширении самого про­странства, то есть об увеличении всех расстояний мира. Все­ленная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пу­зырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерыв­но увеличиваются. Идея Фридмана поначалу показалась Эйнштейну слишком смелой и необоснованной. Он даже заподозрил ошибку в вы­числениях. Но, ознакомившись с ними, он публично признал, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Из расчетов Фридмана вытекали три возможных следствия: · Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени; · Вселенная сжимается; · во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения. Доказательства в пользу модели расширяющейся Вселен­ной были получены в 1926 г., когда американский астроном Э. Хаббл открыл при исследовании спектров далеких галактик (существование которых было доказано в 1923 г. тем же Хабблом) красное смещение спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра), что было истолковано как следст­вие эффекта Доплера (изменение частоты колебаний или дли­ны волн из-за движения источника излучения и наблюдателя по отношению друг к другу) — удаление этих галактик друг от друга со скоростью, которая возрастает с расстоянием. По по­следним измерениям, это увеличение скорости расширения со­ставляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек. После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселен­ной получил подтверждение и в космологии утвердилась мо­дель расширяющейся Вселенной[24] . Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения всего пространства замкнутой конечной Вселен­ной. При таком расширении пространства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстоя­ния между пылинками на поверхности раздувающего­ся мыльного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каж­дую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения. Дальнейшее развитие модель расширяющейся Вселенной получила в послевоенные годы и особенно в последние десяти­летия благодаря исследованиям известных отечественных кос­мологов Зельдовича и Новикова. Уточнены величины, харак­теризующие скорость расширения Вселенной, рассмотрены различные варианты моделей Вселенной в зависимости от средней плотности вещества в мировом пространстве, доста­точно подробно намечен ход эволюции Вселенной от момента начала ее расширения[25] . Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Мы уже упоми­нали, что расчеты Фридмана допускали три варианта развития событий. По какому из них идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энер­гии разлетающегося вещества. Это отношение можно свести к отношению плотности вещества во Вселенной к критической плотности вещества, которую мы уже упоминали. Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания галактик и расшире­ние Вселенной носит необратимый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной называют «открытой Вселен­ной ». Если же преобладает гравитационное взаимодействие, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнет­ся сжатие вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объем с бесконечно боль­шой плотностью), затем произойдет новый взрыв. Для наблюдателя сигналом перехода от расширения к сжатию станет смена красного смещения линий химических элементов в спектрах удаленных галактик на фио­летовое смещение. Такой вариант модели назван «закрытой Вселенной ». В случае, когда силы гравитации точно равны ки­нетическим силам, то есть когда расширение не пре­кратится, но его скорость со временем будет стремиться к ну­лю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать квазистационарным. Теоретически возможна и пуль­сация Вселенной. Возникает естественный вопрос: какой из трех вариантов реализуется в нашей Вселенной? Ответ на него остается за наблюдательной астрономией, которая должна оценить со­временную среднюю плотность вещества во Вселенной и уточнить значение постоянной Хаббла (скорость расширения галактик). Пока надежные оценки этих величин отсутствуют. На основании современных данных создается впечатление, что средняя плотность вещества во Вселенной близка к кри­тическому значению, она либо немного больше, либо немно­го меньше. Но от этого «немного» зависит будущее Вселен­ной, правда, весьма отдаленное. Постоянная Хаббла поз­воляет оценить время, в течение которого продолжается про­цесс расширения Вселенной. Получается, что оно не мень­ше 10 млрд. и не более 19 млрд. лет. Наиболее вероятным вре­менем существования расширяющейся Вселенной считают 15 млрд. лет[26] . Из всех вышеперечисленных и тех доказательств, которые не вошли в реферат из-за своей громоздкости и математическо-физической сложности можно с уверенностью сделать вывод: Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем. III. Заключение. Вселенная развивается и в наше время. В спиральных галактиках рождаются и умирают звезды. Вселенная продолжает расширяться… Мы знаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, для пересечения которого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысль человека стремится проникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемой области мира? Бесконечна ли Вселенная по объему? И её расширение — почему оно началось и будет ли оно всегда продолжаться в будущем? А каково происхождение «скрытой» массы? И наконец, как зародилась разумная жизнь во Вселенной? Есть ли она ещё где-нибудь кроме нашей планеты? Окончательные и полные ответы на эти вопросы пока отсутствуют. Вселенная неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать всё новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них. Наши дни с полным основанием называют золотым веком астрофизики — замечательные и чаще всего неожиданные открытия в мире звезд следуют сейчас одно за другим. Мы живем в эпоху поразительных научных открытий и великих свершений. Самые невероятные фантазии неожиданно быстро реализуются. С давних пор люди мечтали разгадать тайны Галактик, разбросанных в беспредельных просторах Вселенной. Приходится только поражаться, как быстро наука выдвигает различные гипотезы и тут же их опровергает. Однако астрономия не стоит на месте: появляются новые способы наблюдения, модернизируются старые. С изобретением радиотелескопов, например, астрономы могут «заглянуть» на расстояния, которые еще в 40-x. годах ХХ столетия казались недоступными. Однако надо себе ясно представить огромную величину этого пути и те колоссальные трудности, с которыми еще предстоит встретиться на пути к звездам. Изучение Вселенной, даже только известной нам её части является грандиозной задачей. Чтобы получить те сведения, которыми располагают современные ученые, понадобились труды множества поколений. Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка Вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна так, как она является вечно самодвижущейся материей. Вселенная — это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем. 1. Губарев В.Г. Мечта о Вселенной: Судьба науки и ученых в России. Корпорация «Сомбра», 2002. — 608 с. 2. Дорофеева В.А., Макалкин А.Б. Эволюция ранней Солнечной системы: Космохимические и физические аспекты. Едиториал УРСС,2004.-264 с. 3. Дубкова С.И. Волшебный мир звезд: Энциклопедия тайн и загадок Вселенной. Белый Город, 2008. — 224 с. 4. Зигуненко С.Н. 1000 загадок Вселенной: Ответы на все вопросы о Вселенной. М: АСТ/Астрель, 2001. — 304 с. 5. Иванов Б.П. Физическая модель Вселенной. М.: Политехника, 2000.-312 с. 6. Космохимические и физические аспекты. Едиториал УРСС, 2004. — 264 с. 7. Палумбо А. Молчание Бога в языке Вселенной (пер. с итал. Миронова В.). М.: АСТ Астрель, 2004. — 192 с. 8. Поляков В.А. История Вечности: Эволюция планеты и человечества: Универсалии бытия. Изд. 2-е, перераб., Амрита-Русь, 2005. — 272 с. 9. Саган К. Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации (пер. с англ. Сергеева А.Г.) М.: Новая эврика, 2006. — 525 с. 10. Спенс П. Вселенная: Галактики, звезды, планеты и их спутники, астероиды, метеориты и кометы; Наши представления о начале Вселенной и о том, как она устроена и др. Мини-энциклопедия. М: Астрель, 2005. — 192 с. 11. Успенский П.Д. Новая модель Вселенной. М.: АСТ Астрель, 2007. — 560 с. 12. Хофельманн К. 1000 катастроф Вселенной (пер. с нем. Шестакова Ю.). М.: Олимп, АСТ, 2001. — 208 с. [1] Определение А.Л. Зельманова (1913-1987). [2] Здесь: совокупность накопленных теорретических положений о строении вещества и структуре Вселенной. [3] Саган К. Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации (пер. с англ. Сергеева А.Г.). М.: Новая эврика, 2006. — с. 132. [4] Там же, с. 187. [5] Там же, с. 191. [6] Успенский П.Д. Новая модель Вселенной. М.: АСТ Астрель, 2007. — с.260 [7] Там же, с. 385. [8] Там же, с. 397. [9] Поляков В.А. История Вечности: Эволюция планеты и человечества: Универсалии бытия. Изд. 2-е, перераб., Амрита-Русь, 2005. — с. 172 [10] Саган К. Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации (пер. с англ. Сергеева А.Г.) М.: Новая эврика, 2006. — с. 415 [11] Губарев В.Г.Мечта о Вселенной: Судьба науки и ученых в России. Корпорация «Сомбра», 2002. -с. 213 [12] Там же, с. 297. [13] Хофельманн К. 1000 катастроф Вселенной (пер. с нем. Шестакова Ю.). М.: Олимп, АСТ, 2001. — с. 87 [14] Дорофеева В.А., Макалкин А.Б. Эволюция ранней Солнечной системы: Космохимические и физические аспекты. Едиториал УРСС, 2004. — с. 134 [15] Палумбо А. Молчание Бога в языке Вселенной (пер. с итал. Миронова В.). М.: АСТ Астрель, 2004. — с. 62 [16] Спенс П. Вселенная: Галактики, звезды, планеты и их спутники, астероиды, метеориты и кометы; Наши представления о начале Вселенной и о том, как она устроена и др. Мини-энциклопедия. М: Астрель, 2005. — с. 92 [17] Дорофеева В.А., Макалкин А.Б. Эволюция ранней Солнечной системы: Космохимические и физические аспекты. Едиториал УРСС, 2004. — с. 212 [18] Дорофеева В.А., Макалкин А.Б. Эволюция ранней Солнечной системы: Космохимические и физические аспекты. Едиториал УРСС, 2004. — с. 108 [19] Там же, с. 117. [20] Спенс П. Вселенная: Галактики, звезды, планеты и их спутники, астероиды, метеориты и кометы; Наши представления о начале Вселенной и о том, как она устроена и др. Мини-энциклопедия. М: Астрель, 2005. — с. 112 [21] Там же, с. 205. [22] Зигуненко С.Н. 1000 загадок Вселенной: Ответы на все вопросы о Вселенной. М: АСТ/Астрель, 2001. — с. 224 [23] Саган К. Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации (пер. с англ. Сергеева А.Г.) М.: Новая эврика, 2006. — с. 485 [24] Губарев В.Г.Мечта о Вселенной: Судьба науки и ученых в России. Корпорация «Сомбра», 2002. -с. 243 [25] Там же, с. 251. [26] Иванов Б.П. Физическая модель Вселенной. М.: Политехника, 2000. — с 299. www.ronl.ru Реферат: Эволюция Вселенной	СОДЕРЖАНИЕ Введение 3 Элементы космологии 5 Реликтовое излучение 7 Элементы космогонии 9 Формирование звезд и галактик 9 Эволюция звезд 10 Происхождение Солнечной системы 11 Космогония по Лапласу 11 Теория академика О.Ю.Шмидта 13 Происхождение жизни 16 Поиск внеземных цивилизаций 16 Философско-мировоззренческие проблемы космологической эволюции 18 Заключение 19 Список использованной литературы 20 ВВЕДЕНИЕ Что есть Земля, Луна, Солнце, звезды? Где начало и где конец Вселенной, как долго она существует, из чего состоит и где границы ее познания? Изучение Вселенной, даже только известной нам её части, является грандиозной задачей. Чтобы получить те сведения, которыми располагают современные ученые, понадобились труды множества поколений. Звезды во Вселенной объединены в гигантские Звездные системы, называемые галактиками. Звездная система, в составе которой как рядовая звезда находится наше Солнце, называется Галактикой. Число звезд в Галактике порядка 1012(триллиона). Млечный путь, светлая серебристая полоса звезд, опоясывает всё небо, составляя основную часть нашей Галактики. Млечный путь наиболее ярок в созвездии Стрельца, где находятся самые мощные облака звезд. Наименее ярок он в противоположной части неба. Из этого нетрудно вывести заключение, что солнечная система не находится в центре Галактики, который от нас виден в направлении созвездия Стрельца. Чем дальше от плоскости Млечного Пути, тем меньше там слабых звезд и тем менее далеко в этих направлениях тянется звездная система. В целом наша Галактика занимает пространство, напоминающее линзу или чечевицу, если смотреть на нее сбоку. Размеры Галактики были намечены по расположению звезд, которые видны на больших расстояниях. Это цефеиды и горячие гиганты. Диаметр Галактики примерно равен 30000 пк[1], но четкой границы у нее нет, потому что звездная плотность постепенно сходит на нет. В центре Галактики расположено ядро диаметром 1000-2000 пк – гигантское уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас на расстоянии почти 10000 пк в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком скрыто плотной завесой облаков, что препятствует визуальным и обычным фотографическим наблюдениям этого интереснейшего объекта Галактики. В состав ядра входит много красных гигантов и короткопериодических цефеид. Звезды верхней части главной последовательности, а особенно сверхгиганты и классические цефеиды, составляют более молодое население. Оно располагается дальше от центра и образует сравнительно тонкий слой или диск. Среди звезд этого диска находится пылевая материя и облака газа. Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическую систему. Масса нашей Галактики оценивается сейчас разными способами, она равна приблизительно 2*1011масс Солнца (масса Солнца равна 2*1030кг), причем 1/1000 ее заключена в межзвездном газе и пыли. Масса галактики в Андромеде почти такова же, а масса галактики в Треугольнике оценивается в 20 раз меньше. Поперечник нашей галактики составляет 100000 световых лет. Путем кропотливой работы московский астроном В.В. Кукарин в 1944 г. нашел указания на спиральную структуру Галактики, причем оказалось, что мы живем в пространстве между двумя спиральными ветвями, бедном звездами. В некоторых местах на небе в телескоп, а кое-где даже невооруженным глазом можно различить тесные группы звезд, связанные взаимным тяготением, или звездные скопления. Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем. ЭЛЕМЕНТЫ КОСМОЛОГИИ Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем. Поэтому не будет ошибкой сказать, что любая наука так или иначе изучает Вселенную, точнее, тем или иные её стороны. Химия изучает мир молекул, физика – мир атомов и элементарных частиц, биология – явления живой природы. Но существует научная дисциплина, объектом исследования которой служит сама Вселенная. Это особая отрасль астрономии, так называемая космология. Космология – учение о Вселенной в целом, включающее в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области как части Вселенной. Кстати, не следует смешивать понятия Вселенной в целом и «наблюдаемой» (видимой) Вселенной. Во втором случае речь идет лишь о той ограниченной области пространства, которая доступна современным методам научных исследований. С развитием кибернетики в различных областях научных исследованиях приобрели большую популярность методики моделирования. Сущность этого метода состоит в том, что вместо того или иного реального объекта изучается его модель, более или менее точно повторяющая оригинал или его наиболее важные и существенные особенности. Модель не обязательно вещественная копия объекта. Построение приближенных моделей различных явлений помогает нам всё глубже познавать окружающий мир. Так, например, на протяжении длительного времени астрономы занимались изучением воображаемой однородной и изотропной Вселенной, в которой все физические явления протекают одинаковым образом и все законы остаются неизменными для любых областей и в любых направлениях. Изучались также модели, в которых к этим двум условиям добавлялось третье, - неизменность картины мира. Это означает, что в какую бы эпоху мы не созерцали мир, он всегда должен выглядеть в общих чертах одинаково. Эти во многом условные и схематические модели помогли осветить некоторые важные стороны окружающего нас мира. Но как бы сложна ни была та или иная теоретическая модель, какие бы многообразные факты она ни учитывала, любая модель – это еще не само явление, а только более или менее точная его копия. Поэтому все результаты, полученные с помощью моделей Вселенной, необходимо обязательно проверить путем сравнения с реальностью. Это говорит о необходимости углубленной разработки моделей неоднородной и неизотропной Вселенной. В средние века многие ученые полагали, что Вселенная конечна и ограничена сферой неподвижных звезд. Этой точки зрения придерживались даже Н.Коперник и Т.Браге. С развитием науки, все полнее раскрывающей физические процессы, происходящие в окружающем нас мире, большинство ученых постепенно перешло к материалистическим представлениям о бесконечности Вселенной. Здесь огромное значение имело открытие И. Ньютоном (1643 – 1727) закона всемирного тяготения, опубликованного в 1687 г. Одним из важных следствий этого закона явилось утверждение, что в конечной Вселенной все ее вещество за ограниченный промежуток времени должно стянуться в единую тесную систему, тогда как в бесконечной Вселенной вещество под действием тяготения собирается в некоторых ограниченных объемах (по тогдашним представлениям – в звездах), равномерно заполняющих Вселенную. Большое значение для развития современных представлений о строении и развитии Вселенной имеет общая теория относительности, созданная А.Эйнштейном (1879 – 1955). Она обобщает теорию тяготения Ньютона на большие массы и скорости движения, сравнимые со скоростью света. Действительно, в галактиках сосредоточена колоссальная масса вещества, а скорости далеких галактик и квазаров сравнимы со скоростью света. Одним из значительных следствий общей теории относительности является вывод о непрерывном движении вещества во Вселенной – нестационарности Вселенной. Этот вывод был получен в 20-х годах нашего столетия советским математиком А.А.Фридманом (1888 – 1925). Он показал, что в зависимости от средней плотности вещество Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. При расширении Вселенной скорость разбегания галактик должна быть пропорциональна расстоянию до них – вывод, подтвержденный Хабблом открытием красного смещения в спектрах галактик. Критическое значение средней плотности вещества, от которой зависит характер его движения, , где G – гравитационная постоянная, а H=75 км/с*Мпк – постоянная Хаббла. Подставляя нужные значения, получаем, что критическое значение средней плотности веществаг/см3. Если средняя плотность вещества во Вселенной больше критической, то в будущем расширение Вселенной сменится сжатием, а при средней плотности равной или меньшей критической расширение не прекратится. Конечно, мы не знаем средней плотности вещество во всей Вселенной, но можем подсчитать эту плотность в доступной нашему изучению части Вселенной, т.е. в Метагалактике. Она равна 2,6*10-30г/см3, что примерно в 4 раза меньше критической плотности. Но делать выводы о бесконечно расширяющейся Вселенной пока преждевременно, т.к. некоторые астрономы высказываются предположение о существовании в галактиках вещества, которое пока не обнаружено. Эта «скрытая масса» может изменить оценку принятой сейчас средней плотности вещества во Вселенной. Поэтому точного ответа на вопрос о будущем Вселенной в настоящее время не имеется. Современная космология считает, что в далеком прошлом, около 13 млрд. лет назад, все вещество Метагалактики было сосредоточено в небольшом объеме и плотность вещества была настолько высокой, что ни галактик, ни звезд не существовало. Пока не ясны ни физические процессы, протекавшие до этого сверхплотного состояния вещества, ни причины, вызвавшие расширение Вселенной. Ясно одно, что со временем расширение привело к значительному уменьшению плотности вещества, и на определенном этапе расширения стали формироваться галактики и звезды. Общие представления о физических условиях на ранних стадиях расширения Метагалактики можно получить из анализа химического состава вещества. Одним из самых важных следствий этого анализа стало открытие реликтового изучения. Реликтовое излучение Основным достоинством любой теории является ее предсказательная сила. В космологии до середины 60-х гг. существовало две конкурирующие теории: модель "горячей" Вселенной и модель "холодной" Вселенной. Первая из них была разработана выдающимся ученым Г.Гамовым (нельзя сказать "выдающимся физиком", т.к., хотя физика была его основной специальностью, он внес большой вклад и в астрофизику, и в биологию) и его сотрудниками. В этой модели предполагается, что на ранних стадиях эволюции Вселенной была крайне высока не только плотность вещества, но и его температура. Теория разрабатывалась в первую очередь для объяснения химического состава Вселенной, и эта цель была достигнута. Самым важным предсказанием теории было существование излучения с тепловым спектром. Это излучение дошло до нас от той далекой эпохи, когда Вселенная была очень плотной и горячей, правда, за долгие миллиарды лет это излучение должно было заметно "остыть". Это остывание связано с расширением Вселенной, в ходе которого температура уменьшалась по адиабатическому закону. Но, как иногда бывает, этот реликт ранней Вселенной был открыт не в результате планомерных исследований, а практически случайно. Это открытие сделали в 1965 г. А.Пензиас и Р.Вилсон, а в 1978 г. за обнаружение реликтового излучения им была вручена Нобелевская премия по физике. Реликтовое, или микроволновое фоновое, излучение имеет тепловой спектр, соответствующий температуре 2.7 К. Это соответствует температуре 4000 К, при которой произошла рекомбинация, с учетом красного смещения z=1500 (электроны и ионы объединились в атомы, т.е. рекомбинировали спустя 100 000 лет после начала расширения). Когда говорят, что реликтовое излучение имеет тепловой спектр, то это означает, что спектр выглядит так, как будто на огромном расстоянии находится непрозрачная стенка, нагретая до температуры 2.7 градусов по шкале Кельвина. Реликтовые фотоны чрезвычайно многочисленны. В одном кубическом сантиметре содержится примерно 500 таких фотонов. Это в миллиард раз больше концентрации барионов, т.е. "обычного" вещества. Окружающие нас предметы состоят из атомов, основная масса которых сосредоточена в ядре. Атомное ядро состоит из двух типов элементарных частиц: протонов и нейтронов. Такие частицы и называют барионами. Поэтому все окружающее нас вещество, а также вещество планет, звезд называют барионным веществом. Но из-за малой энергии фотонов их вклад в плотность Вселенной сейчас невелик (в 1000 раз меньше вклада "обычного", барионного, вещества). Однако, раньше ситуация была иной. В эпоху, когда температура излучения была гораздо выше, именно излучение играло основную роль во Вселенной. И сейчас реликтовое излучение влияет на некоторые космические процессы. Например, еще в 1941 г. было обнаружено, что нижние энергетические уровни молекулы CN возбуждены так, как будто они находятся в поле излучения с температурой в несколько градусов кельвина. Это обусловлено влиянием микроволнового фонового излучения, и оно могло быть открыто таким образом почти на 25 лет раньше. Реликтовые фотоны также могут в результате столкновений с частицами космических лучей образовывать новые частицы, "выедая" таким образом частицы с большими энергиями (Е>1020eV). Микроволновое фоновое излучение обладает большой изотропией, т.е. после учета поправок за счет движения наблюдателя (вращение Земли вокруг Солнца, вращение Солнца вокруг центра Галактики и движение самой Галактики) его температура, измеренная в различных участках неба, с высокой степенью точности одинакова. Из теории следует, что небольшая анизотропия все-таки должна существовать. Ведь вещество распределено равномерно только в масштабах порядка миллиарда световых лет. Неоднородности, связанные с образованием скоплений и сверхскоплений галактик, не могли не отразиться на реликтовом излучении. Поэтому и в распределении температуры реликтового излучения на небе должна существовать анизотропия, т.е. dT, разность температур, не равна нулю. И в 1992 г. такая анизотропия была обнаружена! Это удалось сделать с помощью наблюдений на спутниках COBE и Реликт-1. Небольшие обнаруженные неоднородности (флуктуации), ответственные за образование скоплений галактик с размерами в десятки мегапарсек, пришли к нам из той эпохи, когда Вселенной было всего 10-35сек. и она находилась на стадии инфляции. Обнаружение и изучение реликтового излучения позволили сделать большой шаг в понимании структуры Вселенной и ее эволюции. Продолжаются новые исследования в этом направлении. ЭЛЕМЕНТЫ КОСМОГОНИИ Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие (эволюцию) галактик, звезд и Солнечной системы, называется космогонией (от греч. «космос» – мир и «гонос» – происхождение). Астрономические наблюдения доказывают, что материя во Вселенной находится в непрерывном развитии, в самых разнообразных формах и состояниях – от газа и пыли ничтожно малой плотности до сверхплотных объектов, от карликовых до сверхгигантских звезд резко различных размеров и светимостей, от сравнительно небольших звездных группировок до колоссальных по размерам и многообразию форм галактик, тоже находящихся на разных этапах своего развития. Раз меняются формы существования материи, то, следовательно, различные и разнообразные объекты Вселенной не могли возникнуть все одновременно, а формировались в разные эпохи и поэтому имеет своей определенный возраст, отсчитываемый от начала их зарождения. Раскрытие закономерностей зарождения и эволюции различных объектов Вселенной входит в задачи космогонии. Эти задачи она решает путем разработки научных предположений (гипотез), основанных на астрономических наблюдениях и их теоретическом обобщении, с использованием достижений всех отраслей естествознания. Поэтому в процессе развития естествознания, по мере его обогащения научными открытиями, разрабатываются новые космогонические гипотезы, объясняющие вновь открытые факты, а прежние, не удовлетворяющие им, отвергаются. Современная космогония в своих обобщениях опирается на достижения смежных с ней отраслей естествознания – физики, математики, химии, геологии. Формирование звезд и галактик Научные основы космогонии были заложены еще Н.Ньютоном, который показал, что равномерное распределение вещества в пространстве является неустойчивым и под действием собственной гравитации должно разделиться на сжимающиеся сгустки. Теория образования сгустков вещества, из которых формируются звезды, была развита в 1902 г. английским астрофизиком Дж.Джинсом (1877 – 1946). Эта теория объясняет и процесс образования галактик. Джинс доказал, что в первоначально однородной газовой среде с постоянной плотностью и температурой может возникнуть уплотнение. Если сила взаимного тяготения в нем превысит силу газового давления, то среда перестанет сжиматься, а если превалирует газовое давление, то вещество рассеется в пространстве. Эта теория в общих чертах подтверждается наблюдениями. Так, в Галактике межзвездная среда (газ и пыль) неоднородна и имеет клочковатую структуру. В сравнительно небольших газовых облаках с массой, близкой к массе Солнца, сила газового давления уравновешивается силой гравитации, и облака не сжимаются. В крупных газопылевых туманностях, подобных Большой туманности Ориона и называемых газопылевыми комплексами, размерами 10 – 100 пк и массой в несколько тысяч солнечных масс, сила гравитации преобладает над силой газового давления. Поэтому в таких облаках возникают сгустки вещества, температура внутри которых при сжатии повышается, и они постепенно преобразуются в звезды. Следовательно, в газопылевых комплексах звезды формируются группами, образуя звездные скопления и ассоциации. На формирование звезд группами даже в нашу эпоху впервые указал еще в 1947 г. советский астрофизик В.А.Амбарцумян. Подобным образом можно объяснить и возникновение галактик, для формирования которых условия были благоприятными на ранних этапах расширения Метагалактики, когда температура вещества была близка к 106К. Образовывались колоссальные по своим размерам сгущения с массами порядка сотен миллиардов солнечных масс, именуемые протогалактиками. По мере их дальнейшего сжатия в них возникали условия для формирования звезд, т.е. образовывались звездные системы – галактики. Исходя из факта расширения Метагалактики, некоторые специалисты в области космологии оценивают ее возраст величиной, обратной постоянной Хаббла, т.е. 1,3*1010лет. Учитывая, что принятое сейчас значение постоянной Хаббла известно с небольшой точностью, считают возраст Метагалактики близким к 13 – 15 млрд. лет. Этот возраст не противоречит оценкам возраста наиболее старых звезд и шаровых звездных скоплений в нашей Галактике. Эволюция звезд Возникшие в газопылевой среде Галактики сгущения, продолжающие сжиматься под действием собственного тяготения, получили название протозвезд. По мере сжатия плотность и температура протозвезды повышается, и она начинает обильно излучать в инфракрасном диапазоне спектра. Длительность стадии сжатия протозвезд различна: при массе меньше солнечной – сотни миллионов лет, а у массивных – всего лишь сотни тысяч лет. Когда температура в недрах протозвезды повышается до нескольких миллионов кельвинов, в них начинаются термоядерные реакции превращения водорода в гелий. При этом выделяется огромная энергия, препятствующая дальнейшему сжатию и разогревающая вещество до самосвечения – протозвезда превращается в обычную звезду. После выгорания водорода в недрах звезды образуется гелиевое ядро, а термоядерные реакции превращения водорода в гелий начинают происходить в тонком слое у границы ядра. В самом гелиевом ядре при создавшейся температуре ядерные реакции происходить не могут, и оно резко сжимается до плотности свыше 4*106кг/м3. Вследствие сжатия температура в ядре возрастает. Рост температуры зависит от массы. Для звезд типа Солнца температура ядра остается всегда меньше 80 млн. кельвинов. Поэтому его сжатие приводит только к более бурному выделению ядерной энергии в тонком слое у границы ядра. У более массивных звезд температура ядра при сжатии становится выше 80 млн. кельвинов, и в нем начинаются термоядерные реакции превращения гелия в углерод, а потом и в другие более тяжелые химические элементы. Выходящая из ядра и его окрестностей энергия вызывает повышение газового давления, под действием которого фотосфера звезды расширяется. Энергия, приходящая к фотосфере из недр звезды, распространяется теперь на большую площадь, чем раньше. В связи с этим температура фотосферы понижается. Звезда постепенно превращается в красного гиганта или сверхгиганта в зависимости от массы, и становится старой звездой. Проходя стадию желтого сверхгиганта, звезда может оказаться пульсирующей, т.е. физической переменной звездой, и остаться в такой стадии красного сверхгиганта. Раздувшаяся оболочка звезды небольшой массы уже слабо притягивается ее ядром и, постепенно удаляясь от него, образует планетарную туманность. После окончательного рассеяния оболочки остается лишь горячее ядро звезды – белый карлик. Эволюция массивных звезд происходит более бурно. В конце своей жизни такая звезда может взорваться сверхновой звездой, а ее ядро, резко сжавшись, превратится в сверхплотный объект – нейтронную звезду или даже черную дыру. Сброшенная оболочка, обогащенная гелием и другими образовавшимися в недрах звезды химическими элементами, рассеивается в пространстве и служит материалом для формирования звезд нового поколения. Следовательно, некоторые характерные различия в содержании тяжелых химических элементов в звездах тоже могут служить признаком их формирования и возраста. В частности, есть основания полагать, что Солнце – звезда второго поколения, в которой есть примеси вещества в свое время прошедшего через горячие недра звезд первого поколения. Происхождение Солнечной системы Космогония по Лапласу Знать прошлое Земли практически важно для понимания строения и изменения ее недр, а последнее важно при поисках полезных ископаемых и для возможности предвидеть землетрясения. При установлении истории развития многолетних организмов мы можем сопоставлять разные экземпляры их. Дубы и дубочки, сгнившие деревья говорят нам о жизненном пути вековых деревьев, из которых ин одно не завершает его целиком на наших глазах. Можно сравнивать друг с другом планеты в их современном состоянии и пытаться судить по ним об эволюции Земли. Но нашу Солнечную систему нам сравнивать не с чем, ибо других, подобных ей, мы не знаем. Философ Кант в середине XVIII века четко высказывал идею об эволюции мировых тел и, опередив ученых-астрономов, набросал мыслимую картину возникновения Солнечной системы из обширной туманности. Он рисовал ее в соответствии с тем, что тогда было известно науке о строении Солнечной системы, планет и туманностей, о законах природы. Кант смело отверг идею творения и нарисовал развитие миров происходящим в силу естественных законов природы. Независимо от Канта математик, механик и астроном Лаплас разработал подобную же картину происхождения Солнечной системы. Его рассуждения были строже и научнее. Мировоззренческое значение этих работ Канта и Лапласа было очень велико. Современники были потрясены величественной картиной мироздания, развернутой Лапласом. Эти работы, а также разработка идеи эволюции, в частности в области геологии, великим русским ученым М.В.Ломоносовым способствовали тому, что позднее ученые и других областей науки убедились в существовании развития в природе. Понятие об эволюции постепенно вошло и в другие науки. Лаплас, как и Кант, правильно подметил основные, известные в то время характерные черты Солнечной системы, которые должна объяснить теория их происхождения. Эти черты следующие: 1. Подавляющая часть массы системы сосредоточена в Солнце. 2. Планеты обращаются по почти круговым орбитам почти в одной и той же плоскости. 3. Все планеты обращаются в одну и ту же сторону; в ту же сторону обращаются вокруг планет их спутники и сами планеты вращаются вокруг своей оси. Во времена Лапласа уже отдавали себе отчет в том, что из совершенно хаотического движения частиц правильное вращение возникнуть не может, вопреки предположению Канта. Поэтому Лаплас начинает рассмотрение развития Солнечной системы с гигантской газовой туманности, уже вращающейся вокруг своей оси, хотя и очень медленно. Она вращалась как твердое тело и в центре имела сгусток - зародыш будущего Солнца. Притяжение к центру частиц туманности, простиравшейся сначала за орбиту наиболее далекой из планет, заставляло ее сжиматься. Уменьшение размеров по законам механики должно было вести к ускорению вращения. Наступал момент, когда на экваторе туманности, где линейные скорости частиц при вращении больше всего, центробежная сила уравнивалась с тяготением к центру. В этот момент вдоль экватора туманности отслаивалось газовое кольцо, вращавшееся в ту же сторону, в какую вращалась туманность. Продолжавшееся сжатие и ускорение вращения приводили к отслоению кольца за кольцом. В силу неизбежной неоднородности каждого кольца какой-либо сгусток в нем притягивал к себе остальное вещество кольца, и образовывался один газовый клубок – будущая планета. Наружные части кольца, а впоследствии сгустка, при обращении забегали как бы вперед и приводили его во вращение вокруг оси в ту же сторону, куда двигался зародыш планеты. При сжатии сгустков вследствие тяготения они сами могли отслаивать кольца и порождать себе спутников. Если же в подобном кольце не было резко преобладающего сгустка, «пожирающего» остальные, то оно разбивалось на множество мелких тел; так, например, образовалось кольцо Сатурна. Охлаждаясь, газовые сгустки затвердели, покрылись корой и превратились в современные планеты, а центральный сгусток породил Солнце. Подкупающей простоте и логичности этой схемы (бывшей общепризнанной более столетия) были впоследствии противопоставлены серьезнейшие возражения. Выяснились, например, следующие обстоятельства, неизвестные во времена Лапласа: 1. Плотность воображаемой газовой туманности Лапласа должна была быть так мала, что она не могла бы вращаться, как твердое тело. 2. Отрыв вещества происходил бы не кольцами, а непрерывно. 3. Кольца с массой, равной массе планет, не могли бы сгуститься, а развеялись бы в пространство. 4. Существуют планеты и спутники, вращающиеся или обращающиеся навстречу обращению планет около Солнца. 5. Один из спутников Марса обращается вокруг планеты быстрее, чем сам Марс, чего не может быть по теории Лапласа. Возник и ряд других теоретических возражений против теории Лапласа. Многие пытались подправить эту теорию, но безуспешно. Наука лучше познала свойства Солнечной системы и законы природы – пришлось искать новое объяснение происхождению этой системы. В 1919 г. английский астрофизик Джинс выдвинул предположение, что Солнечная системы – игра редкого случая сближения Солнца с какой-либо звездой. Пройдя в далеком прошлом близко от Солнца и снова исчезнув в безвестной дали, пришлая звезда возбудила на Солнце мощную приливную волну. Притягиваемое ею вещество вырвалось из Солнца и потянулось к звезде длинной струей, в форме сигары. Солнце уже тогда состояло из плотных газов, так что, будучи плотными, они не рассеялись, а охладились и, застыв, образовали планеты. Однако, как показал американский астроном Рессел, большая часть вещества, исторгнутого из Солнца, либо упала бы на него обратно, либо увлеклась бы вслед за уходящей звездой, но не образовала бы ничего, похожего на существующую систему планет. Современные гипотезы о происхождении Солнечной системы не могут считаться с одними лишь механическими характеристиками Солнечной системы. Они должны учитывать и многочисленные физические данные о строении планет и Солнца, что особенно убедительно было показано в работах акад. В.Г.Фесенкова, разрабатывавшего вопросы космогонии в течение 35 лет. Теория академика О.Ю.Шмидта Теория, основы которой были заложены академиком О.Ю.Шмидтом, является наиболее разработанной, поэтому ее я и привожу. О.Ю.Шмидт исходил сначала из того, что метеоритное вещество как в форме более или менее крупных кусков, так и в форме пыли в изобилии встречается во Вселенной. Еще недавно это метеоритное вещество было известно нам только в пределах Солнечной системы, но теперь мы обнаруживаем его в огромных количествах и в межзвездном пространстве. Большей частью метеоритное вещество собрано в колоссальные космические облака – в диффузные светлые и темные туманности, содержащие также много газа. Впоследствии различные соображения привели советских ученых Л.Э.Гуревича и А.И.Лебединского к выводу, что допланетное вещество было газово-пылевого состава. О.Ю.Шмидт согласился с таким представлением о состоянии допланетного вещества, но подчеркивал, что «ведущая роль» принадлежит пыли. Совокупность газово-пылевых облаков вместе со звездами заполняет нашу звездную систему – Галактику, причем их вещество сильно концентрируется к плоскости ее симметрии – к плоскости экватора Галактики. Вместе со звездами газово-пылевые облака участвуют во вращении Галактики вокруг оси. Наряду с этим вращением вокруг центра Галактики и звезды, и газово-пылевые облака имеют свои собственные движения, которые приводят к тому, что и звезды, и облака то сближаются друг с другом, то расходятся. Иногда та или другая звезда погружается на время в газово-пылевую туманность и пролагает в ней себе дорогу. Многие пылинки падают на звезду в течение ее скольжения сквозь туманность, а другие, изменив свои орбиты вследствие мощного притяжения звезды, могут быть ею захвачены и делаются ее спутниками. Однако, чтобы такой захват произошел, необходимо наличие особых благоприятных условий – уменьшение относительной скорости пылинок благодаря притяжению близкой звездой или, как показал Т.А.Агекян, благодаря столкновению пылинок друг с другом. В подобном «удачном» случае огромное множество этих спутников звезды, по гипотезе Шмидта, не покидает ее и после выхода из туманности. Звезда оказывается окруженной огромным облаком частиц газа и пыли, описывающих вокруг нее различные орбиты. Позднее О.Ю.Шмидт считал, что более вероятным мог быть захват облака из той самой диффузной среды, из которой возникло само Солнце. Облако, образовавшееся вокруг звезд, постепенно приобретало линзообразную форму. Обращение частичек в нем вокруг звезды происходило преимущественно, хотя и не исключительно, в одном каком-либо направлении (под небольшими углами друг к другу), потому что пылевой слой, пронизанный звездой. Не мог быть совершенно однородным. В подобной звезде, окруженной линзообразным газово-пылевым облаком, О.Ю.Шмидт видел наше Солнце, в пору, предшествовавшую образованию планет. В сонме пылинок, обращающихся около Солнца по пересекающимся и различно вытянутым и наклоненным орбитам, неизбежно происходили столкновения, и это вело к тому, что движения их осреднялись, приближались к круговым и лежащим в близких друг к другу плоскостях. От этого вокруг Солнца возник из облака газово-пылевой диск, становившийся все тоньше, но зато плотнее. Этот плотный слой частиц в частях, близких к Солнцу, поглощал его тепло. Поэтому дальше от солнца внутри диска было очень холодно, и газы там намерзали на пылинках. Это объясняет, почему далекие от Солнца планеты богаче газом, чем близкие к нему. Это представление, как и теорию эволюции облака, развили Л.Э.Гуревич и А.И.Лебединский, и О.Ю.Шмидт нашел, что их картина эволюции облака вероятнее, чем та, которая ему самому рисовалась раньше. Разработанная математическая картина эволюции облака, хотя и содержащая ряд дополнительных гипотез, может быть названа теорией, лежащей в рамках гипотезы Шмидта. Основной же гипотезой Шмидта является предположение, что планеты возникли из холодного облака частиц, причем основную роль в нем играло поведение твердых пылинок и предположение, что облако было захвачено Солнцем и притом, когда последнее уже вполне сформировалось. Дальнейшая картина эволюции газово-пылевого диска вкратце представляется так. В уплотнившемся облаке возникали пылевые сгущения, в которых столкновения пылинок вели к их слиянию в твердые тела с поперечниками, как у современных астероидов. Множество их сталкивалось и дробилось, но более крупные из них, «зародыши» планет, - выживали и всасывали в себя окружающие осколки и остатки пыли, сначала присоединяя их при соударениях, а потом все больше за счет притяжения их. Плотные зародыши планет окружались при этом роями тел и их обломков, обращающихся вокруг них и давших при своем объединении рождение спутникам планет таким же образом, каким эти планеты возникли сами. Из линзообразной формы туманности, окружающей Солнце, и из преобладания в ней движений, параллельных друг другу и направленных в одну и ту же сторону, вытекают сразу основные характерные особенности строения Солнечной системы: вращение всех планет около Солнца в одну и ту же сторону, малые углы между плоскостями их орбит, а также почти круговая форма их орбит. Вращение планет вокруг своей оси, которое не могла объяснить ни одна из прежних теорий, теория Шмидта объясняет так. Под влиянием падения метеоритов на планету она должна прийти во вращение, и притом именно в том же направлении, в каком она вращается вокруг солнца. Если случайно в той области, где образовалась планета, метеориты с орбитами, мало вытянутыми и мало наклоненными к средней плоскости Солнечной системы, не были в достаточной мере преобладающими, могло возникнуть вращение планеты в обратом направлении, что и объясняет известный случай такого рода – вращение Урана. Здесь я привела представление лишь об одной – наиболее разработанной - из множества космогонических гипотез. Единого взгляда на процесс возникновения планет и спутников пока нет. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ Проблема жизни в космосе – одна из наиболее увлекательных и популярных проблем в науке о Вселенной, которая с давних пор волнует не только ученых, но и всех людей. Еще Дж.Бруно и М. Ломоносов высказывали предположение о множественности обитаемых миров. Изучение жизни во Вселенной – одна из сложнейших задач, с которой когда-либо встречалось человечество. Все данные о жизни вне Земли, носят чисто гипотетический характер. Поэтому глубоким исследованиям биологических закономерностей и космических явлений занимается научная дисциплина – «экзобиология». Так исследования внеземных, космических форм жизни помогло бы человеку, во-первых, понять сущность жизни, т.е. то, что отличает все живые организмы от неорганической природы, во-вторых, выяснить пути возникновения и развития жизни и, в-третьих, определить место и роль человека во Вселенной. Сейчас можно считать достаточно твердо установленным, что на нашей собственной планете жизнь возникла в отдаленном прошлом из неживой, неорганической материи при определенных внешних условиях. Из числа этих условий можно выделить три главных. Прежде всего, это присутствие воды, которая входит в состав живого вещества, живой клетки. Во-вторых, наличие газовой атмосферы, необходимой для газового обмена организма с внешней средой. Правда, можно представить себе и какую-либо иную среду. Третьим условием является наличие на поверхности данного небесного тела подходящего диапазона температур. Также необходима внешняя энергия для синтеза молекулы живого вещества из исходных органических молекул: энергия космических лучей или ультрафиолетовой радиации или энергия электронных разрядов. Внешняя энергия нужна и для последующей жизнедеятельности живых организмов. Условия, необходимые для возникновения жизни, в своё время сложились естественным путём, в ходе эволюции Земли. Нет оснований считать, что они не могут складываться и в процессе развития других небесных тел. Было выдвинуто множество гипотез по этому поводу. Академик А.И. Опарин, считает, что жизнь должна была появиться тогда, когда поверхность нашей планеты представляла собой сплошной океан. В результате соединения С2СН2и N2возникли простейшие органические соединения. Затем в водах первичного океана молекулы этих соединений объединились и укрепились, образуя сложный раствор органических веществ, на третьей стадии из этой среды выделились комплексы молекул, которые и дали начало первичным живым организмам. Оро и Фесенков заметили, что своеобразными переносчиками если не самой жизни, то, по крайней мере, её исходных элементов, могут быть кометы и метеориты. Однако, если не вступать в область, близкую к фантастике, и оставаться на почве лишь достаточно твердо установленных научных фактов, то при поисках живых организмов на других небесных телах мы должны прежде всего исходить из того, что нам известно о земной жизни. Поиск внеземных цивилизаций. Появление жизни вне Земли на любом уровне ее развития само по себе замечательное явление. Но поиски жизни ведутся и на более высоком уровне разума, другими способами. Разум ассоциируется с понятием цивилизация. Сейчас не исключается наличие внеземных цивилизаций (ВЦ), что вызывает надежды и желание ученых в установлении контакта с ними. Один из способов поиска ВЦ - радиоастрономический, заключается в подаче радиосигналов с Земли в определенные участки Вселенной. Сигналы содержат информацию о землянах и нашей цивилизации, вопросы о характере другой цивилизации, предложение установить взаимный контакт. Второй способ продемонстрирован при запуске автоматических межпланетных станций для исследования внешних планет Солнечной системы, “Пионеров” и “Вояджеров”, которые при предполагаемой встрече с ВЦ (пролетев мимо внешних планет и оказавшись в межзвездном пространстве) несли бы подробные сведения о нашей цивилизации, дружественные пожелания инопланетянам, то есть делалось предположение, что при возможной встречи земных аппаратов ВЦ сможет расшифровать послание землян, и, возможно, пожелает вступить с нами в контакт. Поиски жизни вне Земли являются лишь частью стоящего перед наукой более общего вопроса о возникновении жизни во Вселенной. ФИЛОСОФСКО-МИРОВОЗЗРЕНЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КОСМОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ Возникновение и развитие современной релятивистской космологии имеет большое мировоззренческое значение. Оно во многом изменило наши прежние представления о научной картине мира. Особенно радикальным было открытие так называемого красного смещения, свидетельствующего о расширении Вселенной. Этот факт нельзя было не учитывать при построении космологических моделей. Считать ли Вселенную бесконечной или конечной — зависит от конкретных эмпирических исследований и прежде всего от определения плотности материи во Вселенной. Однако оценка плотности распределения материи во Вселенной наталкивается на серьезные трудности, связанные с наличием так называемого скрытого (невидимого) вещества в виде темных облаков космической материи. Хотя никакого окончательного вывода о том, является ли Вселенная конечной или бесконечной, сделать пока еще нельзя, но многие свидетельства говорят, по-видимому, в пользу бесконечной ее модели. Во всяком случае, такая модель лучше согласуется с неограниченно расширяющейся Вселенной. Замкнутая же модель предполагает конец такого расширения и допущение ее последующего сжатия. Коренной недостаток такой модели состоит в том, что пока современная наука не располагает какими-либо фактами, подтверждающими подобное сжатие. К тому же сторонники замкнутой Вселенной признают, что эволюция Вселенной началась с "большого взрыва". Наконец, остается нерешенной и проблема оценки плотности распределения материи и связанной с ней величины кривизны пространства — времени. Важной проблемой остается и оценка возраста Вселенной, который определяется по длительности ее расширения. Если бы расширение Вселенной происходило с постоянной скоростью, равной в настоящее время 75 км/с, то время, истекшее с начала "большого взрыва", составило бы 13 млрд. лет. Однако есть основания считать, что ее расширение происходит с замедлением. Тогда возраст Вселенной будет меньше. С другой стороны, если допустить существование отталкивающих космологических сил, тогда возраст Вселенной будет больше. Значительные трудности связаны также с обоснованием первоначально "горячей" модели в сингулярной области, поскольку предполагаемые плотности и температуры никогда не наблюдались и не анализировались в современной астрофизике. Но развитие науки продолжается, и есть основания надеяться, что и эти труднейшие проблемы со временем будут разрешены. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Мы знаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, для пересечения которого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысль человека стремится проникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемой области мира? Бесконечна ли Вселенная по объему? И её расширение - почему оно началось и будет ли оно всегда продолжаться в будущем? А каково происхождение «скрытой» массы? И наконец, как зародилась разумная жизнь во Вселенной? Есть ли она ещё где-нибудь кроме нашей планеты? Окончательные и полные ответы на эти вопросы пока отсутствуют. Вселенная неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать всё новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Воронцов-Вельяминов Б.А. «Очерки о Вселенной», М.: «Наука» 1976. 2. Дагаев М.М., Чаругин В.М. Книга для чтения по астрономии. М.: «Просвещение», 1988. 3. Казютинский В.В. «Вселенная Астрономия, Философия», М.: «Знание» 1972. 4. Мизгун Ю. Г. Внеземные цивилизации. М.: Экология и здоровье, 1993. 5. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М.: «Наука», 1990. 6. Попов С.Б. Реликтовое излучение. Статья на сервере «Звездный Лис», http://www.starfox.telecom.nov.ru/ . [1]Парсек (пк) – расстояние, с которым большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1”. 1 Парсек = 3,26 светового года = 206265 а.е. = 3*1013км.	МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Красноярский Государственный Университет Экономический факультет Реферат по теме: Эволюция Вселенной Выполнил студент экономического факультета: Дрейман Ян Александрович Группа Э – 14 Проверил: Андреев В. К. Красноярск, 2004 г. Содержание: 2 Введение. 3 Теории эволюции Вселенной. 4 Начало Вселенной. 4 Эволюция Вселенной. 6 1) Адронная эра. 6 2) Лептонная эра. 7 3) Фотонная эра или эра излучения. 8 4) Звездная эра. 9 Модели будущего вселенной. 9 Заключение. 11 Список использованной литературы: 13 Исследованием Вселенной стал заниматься еще самый древний Человек. Небо было доступно для его обозрения – оно было для него интересным. Недаром астрономия – самая древняя из наук о природе – и, по сути, почти самая древняя наука вообще. Не потерял интереса к изучению проблем космоса и Современный Человек. Но он смотрит уже немного глубже: ему не просто интересно что есть Вселенная сейчас – он жаждет знаний о том: что было когда Вселенная рождалась? рождалась ли она Вообще или она глобально стационарна? как давно это было и как происходило? Для поиска ответа на все эти Непростые ответы была отведена специальная ниша в астрономии – космология. Космология[1] - это физическое учение[2] о Вселенной как в целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной. Космология попыталась дать ответы[3] на эти вопросы. Была создана теория Большого Взрыва, а так же теории, описывающие первые мгновения рождения Вселенной, ее появление и структуризаци.. Всё это позволяет нам понять сущность физических процессов, показывает источники, создающие современные законы физики, даёт возможность прогнозировать дальнейшую судьбу Вселенной. Поэтому космология, как и любая другая наука живет и бурно развивается, принося все новые и новые фундаментальные знания об окружающем нас мире. Хотя и не так стремительно, как например, компьютерные технологии, и в большей мере за счет «альтернативных» теорий, но все-таки развивается. Данная работа посвящена эволюции Вселенной: в ней рассматриваются первый мгновения жизни Вселенной, её дальнейшая эволюция и модели будушего развития Вселенной. Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое. Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был на столько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом. На протяжении десяти миллиардов лет после “большого взрыва” простейшее бесформенное вещество постепенно превращалось в атомы, молекулы, кристаллы, породы, планеты. Рождались звезды, системы, состоящие из огромного количества элементарных частиц с весьма простой организацией. На некоторых планетах могли возникнуть формы жизни. Существует несколько теории эволюции. Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация. По этой теории наша Вселенная расширяется на протяжении 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится, и произойдет остановка. А затем Вселенная начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв. Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет. Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует ни каких точных доказательств хотя бы одной из них. Однако стоит отметить и еще одну теорию (принцип). Антропный (человеческий) принцип первым сформулировал в 1960 году Иглис Г.И. , но он является как бы неофициальным его автором. А официальным автором был ученый по фамилии Картер. Антропный принцип утверждает, что Вселенная такая, какая она есть потому, что есть наблюдатель или же он должен появиться на определенном этапе развития. В доказательство создатели этой теории приводят очень интересные факты. Это критичность фундаментальных констант и совпадение больших чисел. Получается, что они полностью взаимосвязаны и их малейшее изменение приведет к полному хаосу. То, что такое явное совпадение и даже можно сказать закономерность существует, дает этой, безусловно интересной теории шансы на жизнь. Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое. Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был настолько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом. Момент с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Тогда началась первая и полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют “большим взрывом” или английским термином Big Bang. Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объём. Средняя плотность Вселенной в результате расширения постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом Плотность Вселенной была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения “большого взрыва” вся материя была сильно раскаленной и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы. Подробный анализ показывает, что температура вещества Т понижалась во времени в соответствии с простым соотношением : Зависимость температуры Т от времени t дает нам возможность определить, что например, в момент, когда возраст вселенной исчислялся всего одной десятитысячной секунды, её температура представляла один биллион Кельвинов. Температура раскаленной плотной материи на начальном этапе Вселенной со временем понижалась, что и отражается в соотношении. Это значит, что понижалась средняя кинетическая энергия частиц kT . Согласно соотношению hn=kT понижалась и энергия фотонов. Это возможно лишь в том случае, если уменьшится их частота n. Понижение энергии фотонов во времени имело для возникновения частиц и античастиц путем материализации важные последствия. Для того чтобы фотон превратился (материализовался) в частицу и античастицу с массой mo и энергией покоя moc², ему необходимо обладать энергией 2moc2 или большей. Эта зависимость выражается так : Со временем энергия фотонов понижалась, и как только она упала ниже произведения энергии частицы и античастицы (2moc2), фотоны уже не способны были обеспечить возникновение частиц и античастиц с массой mo. Так, например, фотон, обладающий энергией меньшей, чем 2.938 Мэв = 938 Мэв, не способен материализоваться в протон и антипротон, потому что энергия покоя протона равна 938 мэв. В предыдущем соотношении можно заменить энергию фотонов hn кинетической энергией частиц kT , то есть Знак неравенства означает следующее: частицы и соответствующие им античастицы возникали при материализации в раскаленном веществе до тех пор, пока температура вещества T не упала ниже значения. На начальном этапе расширения Вселенной из фотонов рождались частицы и античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, что привело к вымиранию частиц и античастиц. Поскольку аннигиляция может происходить при любой температуре, постоянно осуществляется процесс частица + античастица Þ 2 гамма-фотона при условии соприкосновения вещества с антивеществом. Процесс материализации гамма-фотон Þ частица + античастица мог протекать лишь при достаточно высокой температуре. Согласно тому, как материализация в результате понижающейся температуры раскаленного вещества приостановилась. Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную. 1) Адронная эра. Длилась примерно от[4] t=10 -6 до t=10-4. Плотность порядка 1017 кг/м3 при T=1012.1013. При очень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселенной материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапе состояло прежде всего из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны. Через миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной, температура T упала на 10 биллионов Кельвинов(1013K). Средняя кинетическая энергия частиц kT и фотонов hn составляла около миллиарда эв (103 Мэв), что соответствует энергии покоя барионов. В первую миллионную долю секунды эволюции Вселенной происходила материализация всех барионов неограниченно, так же, как и аннигиляция. Но по прошествии этого времени материализация барионов прекратилась, так как при температуре ниже 1013 K фотоны не обладали уже достаточной энергией для ее осуществления. Процесс аннигиляции барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов (протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов - гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. Распад гиперонов происходил на этапе с 10-6 до 10-4 секунды. К моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды (10 -4 с.), температура ее понизилась до 1012 K, а энергия частиц и фотонов представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения самых легких адронов - пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг 10-4 с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды. 2) Лептонная эра. Длилась примерно от[5] t=10 -4 до t=101. К концу эры плотность порядка 107 кг/м 3 при T=109. Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 Мэв до 1 Мэв в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже. Лептонная эра начинается с распада последних адронов - пионов - в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 1010 K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем “реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море. Длилась примерно от t=10-6 до t=10-4. Плотность порядка 1017 кг/м3 при T=1012.1013 . На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 1010 K , а энергия гамма фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии. Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была введена величина плотности энергии. Это количество энергии в 1 куб.см, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество во Вселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию hn всех фотонов, присутствующих в 1 куб.см, то мы получим плотность энергии излучения E r . Сумма энергии покоя всех частиц в 1 куб.см является средней энергией вещества Em во Вселенной. Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы. В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно “устают” со временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов (Er) падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em). Преобладание во вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие (то есть Er = Em). Кончается эра излучения и вместе с этим период “большого взрыва”. Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время. “Большой взрыв” продолжался сравнительно недолго, всего лишь одну тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, во время “большого взрыва”. Все события во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции. Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти все: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны (электроны). 4) Звездная эра. После “большого взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения “большого взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом “большим взрыва” её развитие представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры. Таким образом, эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или гигантский взрыв галактики - ничтожные явления в сравнении с большим взрывом. Каково же будущее Вселенной? Многие выдающиеся ученые ХХ века неоднократно задавались этим вопросом. В 1917г. А. Эйнштейн выступил с гипотезой о конечной, но безграничной Вселенной. Суть данной гипотезы была в следующем: предположим, что вещество, составляющее планеты, звез­ды и звездные системы, равномерно рассеяно по всему миро­вому пространству. Тем самым мы допускаем, что Вселенная всюду однородна и к тому же изотропна, то есть во всех на­правлениях имеет одинаковые свойства. Будем считать, что средняя плотность вещества во Вселенной выше так называе­мой критической плотности. Если все эти требования соблю­дены, мировое пространство, как это доказал Эйнштейн, замк­нуто и представляет собой четырехмерную сферу. Объем та­кой Вселенной может быть выражен хотя и очень большим, но все же конечным числом кубометров. В принципе возможно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в од­ном и том же направлении. Такое воображаемое путешествие подобно земным кругосветным путешествиям. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная по Эйнштейну, содержит хотя и большое, но все-таки конечное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней фотометрический и гравита­ционный парадоксы просто неприменимы. В то же время при­зрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна - такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща. Пять лет спустя, в 1922 г., советский физик Александр Фридман на основании строгих расчетов показал, что Вселен­ная Эйнштейна никак не может быть стационарной, неизмен­ной, как это считал Эйнштейн. Вселенная непременно должна расширяться, причем речь идет о расширении самого про­странства, то есть об увеличении всех расстояний мира. Все­ленная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пу­зырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерыв­но увеличиваются. Идея Фридмана поначалу показалась Эйнштейну слишком смелой и необоснованной. Он даже заподозрил ошибку в вы­числениях. Но, ознакомившись с ними, он публично признал, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Из расчетов Фридмана вытекали три возможных следствия: Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени; Вселенная сжимается; во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения. Доказательства в пользу модели расширяющейся Вселен­ной были получены в 1926 г., когда американский астроном Э. Хаббл открыл при исследовании спектров далеких галактик (существование которых было доказано в 1923 г. тем же Хабблом) красное смещение спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра), что было истолковано как следст­вие эффекта Доплера (изменение частоты колебаний или дли­ны волн из-за движения источника излучения и наблюдателя по отношению друг к другу) - удаление этих галактик друг от друга со скоростью, которая возрастает с расстоянием. По по­следним измерениям, это увеличение скорости расширения со­ставляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек. После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселен­ной получил подтверждение и в космологии утвердилась мо­дель расширяющейся Вселенной. Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения всего пространства замкнутой конечной Вселен­ной. При таком расширении пространства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстоя­ния между пылинками на поверхности раздувающего­ся мыльного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каж­дую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения. Дальнейшее развитие модель расширяющейся Вселенной получила в послевоенные годы и особенно в последние десяти­летия благодаря исследованиям известных отечественных кос­мологов Зельдовича и Новикова. Уточнены величины, харак­теризующие скорость расширения Вселенной, рассмотрены различные варианты моделей Вселенной в зависимости от средней плотности вещества в мировом пространстве, доста­точно подробно намечен ход эволюции Вселенной от момента начала ее расширения. Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Мы уже упоми­нали, что расчеты Фридмана допускали три варианта развития событий. По какому из них идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энер­гии разлетающегося вещества. Это отношение можно свести к отношению плотности вещества во Вселенной к критической плотности вещества, которую мы уже упоминали. Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания галактик и расшире­ние Вселенной носит необратимый характер. Это выражается условием (где р - плотность вещества во Вселен­ной, рк - критическая плотность вещества). Этот вариант динамичной модели Вселенной называют «открытой Вселен­ной». Если же преобладает гравитационное взаимодействие, чему соответствует условие то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнет­ся сжатие вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объем с бесконечно боль­шой плотностью), затем произойдет новый взрыв. Для наблюдателя сигналом перехода от расширения к сжатию станет смена красного смещения линий химических элементов в спектрах удаленных галактик на фио­летовое смещение. Такой вариант модели назван «закрытой Вселенной». В случае, когда силы гравитации точно равны ки­нетическим силам, то есть когда расширение не пре­кратится, но его скорость со временем будет стремиться к ну­лю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать квазистационарным. Теоретически возможна и пуль­сация Вселенной. Возникает естественный вопрос: какой из трех вариантов реализуется в нашей Вселенной? Ответ на него остается за наблюдательной астрономией, которая должна оценить со­временную среднюю плотность вещества во Вселенной и уточнить значение постоянной Хаббла (скорость расширения галактик). Пока надежные оценки этих величин отсутствуют. На основании современных данных создается впечатление, что средняя плотность вещества во Вселенной близка к кри­тическому значению, она либо немного больше, либо немно­го меньше. Но от этого «немного» зависит будущее Вселен­ной, правда, весьма отдаленное. Постоянная Хаббла поз­воляет оценить время, в течение которого продолжается про­цесс расширения Вселенной. Получается, что оно не мень­ше 10 млрд. и не более 19 млрд. лет. Наиболее вероятным вре­менем существования расширяющейся Вселенной считают 15 млрд. лет. Из всех вышеперечисленных и тех доказательств, которые не вошли в мой реферат из-за своей громоздкости и математическо-физической сложности можно с уверенностью сделать вывод: Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем. Вселенная развивается и в наше время. В спиральных галактиках рождаются и умирают звезды. Вселенная продолжает расширятся. Мы знаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, для пересечения которого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысль человека стремится проникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемой области мира? Бесконечна ли Вселенная по объему? И её расширение - почему оно началось и будет ли оно всегда продолжаться в будущем? А каково происхождение «скрытой» массы? И наконец, как зародилась разумная жизнь во Вселенной? Есть ли она ещё где-нибудь кроме нашей планеты? Окончательные и полные ответы на эти вопросы пока отсутствуют. Вселенная неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать всё новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них. Наши дни с полным основанием называют золотым веком астрофизики - замечательные и чаще всего неожиданные открытия в мире звезд следуют сейчас одно за другим. Мы живем в эпоху поразительных научных открытий и великих свершений. Самые невероятные фантазии неожиданно быстро реализуются. С давних пор люди мечтали разгадать тайны Галактик, разбросанных в беспредельных просторах Вселенной. Приходится только поражаться, как быстро наука выдвигает различные гипотезы и тут же их опровергает. Однако астрономия не стоит на месте: появляются новые способы наблюдения, модернизируются старые. С изобретением радиотелескопов, например, астрономы могут «заглянуть» на расстояния, которые еще в 40-x. годах ХХ столетия казались недоступными. Однако надо себе ясно представить огромную величину этого пути и те колоссальные трудности, с которыми еще предстоит встретиться на пути к звездам. Изучение Вселенной, даже только известной нам её части является грандиозной задачей. Чтобы получить те сведения, которыми располагают современные ученые, понадобились труды множества поколений. Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка Вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна так, как она является вечно самодвижущейся материей. Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем. Вайнберг С. Первые три минуты. М., 1991. Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной. М., 1990. В.В. Кесарев. Эволюция вещества во вселенной. М., 1986. Левитан Е.П. Эволюционирующая Вселенная. М., 1993. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной, 1990. Энциклопедический словарь юного физика. М., 1994. [1] Определение А.Л. Зельманова (1913-1987). [2] Здесь: совокупность накопленных теорретических положений о строении вещества и структуре Вселенной. [3] Точнее сказать, возможные варианты ответов, гипотезы. [4] t=0 соответствует моменту отсчёта времени начала расширения и начала отсчета времени существования Метагалактики. [5] t=0 соответствует моменту отсчёта времени начала расширения и начала отсчета времени существования Метагалактики.

Смотрите также

• 
  Новая зеландия реферат
• 
  Мона лиза реферат
• 
  Типология личности реферат
• 
  Реферат античный рим
• 
  История этикета реферат
• 
  Блок питания реферат
• 
  Атмосфера реферат земли
• 
  Атмосфера земли реферат
• 
  Реферат теория рынка
• 
  Реферат социальный маркетинг
• 
  Реферат амурская область